想象一下，你的手由果冻制成，你必须用一把没有手柄的刀来雕刻烤肉。赤裸的金属刀片会像切肉一样轻易地划破你虚构的手。这显然不是一件容易的事，然而，鱿鱼每次进食都必须应对一个非常相似的挑战。
鱿鱼，以及它们的近亲乌贼和章鱼，身体主要柔软而有弹性，但有一个主要的例外。在它们触手网的中心，有一个坚硬、锋利且致命的喙，形似鹦鹉的喙。喙是杀死和肢解猎物的工具，而大型洪堡鱿鱼（Dosidicus gigas）以用喙切断鱼类猎物的脊髓，使它们麻痹以便轻松进食而闻名。
洪堡鱿鱼的喙长两英寸，非常坚硬（难以压痕或刮擦），刚性（难以弯曲变形）且韧性（抗断裂）。这种性能组合使得该喙比几乎所有已知的金属和聚合物都更难变形。这尤其令人称奇，因为与大多数动物的牙齿或下颌不同，它不含任何矿物质或金属。它完全由有机化学物质构成，并且比最具竞争力的工业制造品硬度和刚性都高两倍。
相比之下，围绕并连接到喙的肌肉团非常柔软，相当于一只果冻手抓住一把裸露的金属刀片。如此不匹配的组织，鱿鱼是如何在不将周围肌肉撕碎的情况下使用其致命的嘴巴的？
鱿鱼攻击时
加州大学圣巴巴拉分校的 Ali Miserez 找到了答案。鱿鱼的喙并非均一结构。其化学成分在其整个长度上逐渐变化，因此尖锐的、有色素的尖端比连接到柔软肌肉的柔韧、半透明的基部要硬一百倍。正是这种梯度将喙的力学性能融入周围组织的力学性能之中，并使鱿鱼能够撕裂猎物的肉，而不是撕裂自己的肉。这是一种精密仿生工程的绝对奇迹。
强大的喙并不是洪堡鱿鱼可怕的唯一原因。它是一种凶猛的捕食者，也因其“巨型鱿鱼”或“红魔鬼”的绰号而闻名。它拥有其他鱿鱼的大脑、变色技能和出色的视觉，此外，它还具有攻击性的性情，两米长的身体，2000个吸盘中的每一个都有36个锋利的钩子，并且有同类相食的倾向。
为了让你了解它们是什么样的，可以看看 Scott Cassell 的经历，他比大多数人都有更多与洪堡鱿鱼打交道的经验，并反复与它们潜水。第一次尝试时，它们把他打得鼻青脸肿，并使他的手臂脱臼。现在，他下水前会穿上定制的玻璃纤维和凯夫拉尔身体盔甲，他那令人惊叹的亲身经历非常值得一读。
喙的解剖结构
在过去的几年里，大量的死亡洪堡鱿鱼被冲刷到美国西海岸的沙滩上。这些集体死亡的原因仍不得而知，但 Miserez 和他的加州同事们利用这些神秘事件，获得了大量新鲜的喙供研究。他们逐渐从喙上切下部分，并分析了每一部分的力学性能和化学成分。
洪堡鱿鱼的喙由四种关键成分组成：水、蛋白质、几丁质（昆虫外骨骼中的聚合物）和一种深色颜料。Miserez 发现，柔软的基部主要由水（70%）和几丁质（25%）组成。随着接近尖端，水和几丁质的含量都下降，蛋白质和颜料的含量增加，喙也变得更硬。尖端含有60%的蛋白质和20%的颜料，这解释了它深黑褐色的颜色。
当 Miserez 除去除几丁质以外的所有成分时，他发现这种聚合物形成了一个精巧的纤维网络，厚度仅为30纳米。这个晶格赋予了喙形状，但并未赋予其力学性能，因为虽然几丁质本身非常坚硬，但溶解后的纯几丁质喙在整个长度上具有均匀的低刚性。
关键在于其他成分，即蛋白质和颜料，它们在朝向尖端的浓度增加。所述蛋白质富含某些氨基酸，包括组氨酸和一种称为多巴的酪氨酸的改性形式。Miserez 发现这两种氨基酸会相互结合，形成一个广泛的交联网络，这既解释了喙的刚性，也解释了其深色。喙颜色最深的部分比颜色最浅的部分硬100倍。
水也是一个至关重要的元素。没有它，基部就不会如此柔软，并且与周围的肌肉在力学上也不匹配。当 Miserez 对喙的截面进行冷冻干燥以去除所有水分时，基部层的刚性仅为尖端的_一半_。这其中的原因尚不清楚，也是未来研究的问题。Miserez 还令人着迷地推测，富含多巴的蛋白质倾向于排斥水，因此在发育过程中它们存在于喙的尖端，可以通过将水排斥到基部来帮助建立化学梯度。
多巴是一种极其多功能的化学物质，它可以作为黑色素等颜料的前体，也是我们许多神经递质（如多巴胺）的前体。它在海洋动物使用的粘合剂中含量丰富，例如构成贻贝“胡须”的粘性丝和管虫用来建造巢穴的水泥。因此，它引起了材料科学家的兴趣，他们渴望复制大自然建筑模块的成功。它在塑造洪堡鱿鱼完美构建的喙中的作用将进一步增强这种兴趣。
参考文献： Miserez, A., Schneberk, T., Sun, C., Zok, F.W., Waite, J.H. (2008). The Transition from Stiff to Compliant Materials in Squid Beaks. Science, 319(5871), 1816-1819. DOI: 10.1126/science.1154117
图片来自 Science。
基于这篇论文，我正在将我在史诗般的 ScienceBlog 无脊椎动物大战中的忠诚（我注意到这些战争已经蔓延到 Nature）分配给螳螂虾和洪堡鱿鱼。但说实话，它们任何一个都比可怜的海参要好得多。
