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螳螂虾的必杀技

2012年06月13日 浏览量: 评论(0) 来源:环球科学 作者:佚名 责任编辑:lwc
摘要:小虾也是拳击手。复杂的肢体结构使雀尾螳螂虾可以快速重拳出击。
小虾也是拳击手。复杂的肢体结构使雀尾螳螂虾可以快速重拳出击。  

    雀尾螳螂虾(编者按:螳螂虾又称为虾姑)包藏着有力的攻击手段。这种甲壳类动物能用它锤子般的螯轻而易举地打碎软体动物的壳甚至是水族馆的玻璃,而自己毫发无伤。现在一项新的研究揭示了它的螯这么有力的原因:独特的成分和结构阻止了破裂的发生,而这可以帮助工程师为军事、医疗和其他应用设计更轻更强的材料。

    “这是一项绝对迷人的研究,一部杰作……为生物学家和工程师们开启了新世界,” Sheila Patek说。他是马萨诸塞大学阿姆赫斯特校区的一名生物学家,首先测量了螳螂虾的打击速度。“还有,我真的想知道其中的全部奥妙,很高兴已经有人做到了这一点。”

    尽管螳螂虾相对很普遍,但有些种类却不常见。这些五颜六色的甲壳类动物有卓越的视力,富有弹性的盔甲和地球上速度最快的拳。当它们发起攻击时,首先会摆动位于螯肢末端的棍状结构,使其紧贴身体,然后以每小时80公里的速度出击,加速度超过0.22英寸(合5.588毫米)口径的手枪。螳螂虾通过这种方式来猛击它们喜爱捕食的硬壳猎物。在下一次蜕皮前,它们的武器可以使用多达50000次而不会有损坏。

    David Kisailus是一位来自加利福尼亚大学的化学工程师,他和他的团队很好奇螳螂虾是怎么在进行持续击打时保持自身毫发未伤的。所以他们解剖了15只螳螂虾的螯(摘除后可再生)。实验过程中使用了一切手段,从扫描电子显微镜到X射线,整个团队检查了螯的内部结构,发现其中有复杂的层状结构。

    研究人员解释说,击打部位的表面覆盖着高度结晶的羟基磷灰石,这是构成人类骨骼和牙齿的关键成分。在下方是更多层的羟基磷灰石,但它们却是以无组织的非结晶形式出现。最深层区域含有甲壳素(又称几丁质)。这种稍软一些的物质常常出现在甲壳类动物的外骨骼里并呈螺旋状排列,羟基磷灰石填充其间。这三层结构在硬度、强度和排列方向上的差异允许小裂缝形成,但同时又阻止它们扩大,所以螯始终保持完好。

     “这有悖直觉:大自然母亲通过让局部破裂来阻止毁灭性的损伤,”Kisailus说。“这种结构使它们如此坚固。”

    这个团队旨在利用这种架构来为士兵构建更轻更有效的护甲,加固汽车和其他车辆,甚至保护运动员免受脑震荡之苦。Kisailus说,他和同事已经开发出一种模仿螳螂虾螯结构的材料,初步测试表明这种材料有防弹功效。

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