通常情况下,用拳头打某物(或某人)的结果往往是伤到出拳的手,而不是其他任何东西。淤青、指关节疼痛甚至手腕骨折都可能来自于一次不幸的出拳,而这仅仅是人类级别的力量。你可以想象一下螳螂虾的感受。
一击致命的甲壳类动物
螳螂虾可能是世界上最厉害的拳击手。它们用超大的、泪滴状的前肢砸碎贝类,这些前肢的弹出速度比0.22口径子弹还要快——一次“出拳”能产生超过1500牛顿的力。这足以击碎水族馆的玻璃,甚至能肢解螳螂虾的猎物。事实上,它们的速度非常快,以至于它们的锤状肢后面会产生空化气泡——由快速移动的液体产生的空气袋。这些气泡可能会以足够大的力量内爆,即使螳螂虾没打中猎物,也能将其击晕。
要发出这种级别的打击,这些甲壳类动物需要一个能够承受反复的挤压而不会断裂的附肢。毕竟,如果一拳把自己也弄残了,那就毫无意义了。
加州大学河滨分校的研究人员分析了螳螂虾锤状肢的内部结构后认为,他们知道了它们是如何做到的。他们说,螳螂虾用来击碎猎物的锤状肢由三个不同的层组成,这些层被优化到可以最大限度地减少和分配每次打击反作用于虾俱乐部上的力。
保护与防御
第一层保护是由一种名为羟基磷灰石的矿物质组成的薄层,这种矿物质存在于毛发、牙齿以及形成昆虫外壳的几丁质中。但对于螳螂虾来说,它们的羟基磷灰石是高度结晶的,因此更硬。这意味着它不会弯曲太多,从而最大限度地减少传递到下方较软层上的力。这种刚性也确保了大部分打击力会传递到目标上,而不是反弹回俱乐部本身。
下一层也由相同的矿物质组成,但以一种较软的形式存在,并堆叠成一系列层。每一层都比下面的层稍微旋转一点,形成一种螺旋,将材料中的裂缝重定向成螺旋状,并防止它们完全穿透。这是一种减轻重复打击不可避免地造成的损害的方法。
最后,在俱乐部两侧包裹着一系列几丁质纤维,它们将俱乐部的其余部分牢牢固定住,并防止其在撞击时膨胀。研究人员将这最后一层,也就是他们周二在《先进材料》杂志上发表的最新论文的重点,比作拳击手用来缠绕手的布条,以提供稳定性和支撑。在这两种情况下,目标都是相同的:通过紧密缠绕来防止手(或俱乐部)移动。
最终的结果是一种极其坚硬且不易移动的结构,非常适合反复撞击坚硬的物体。螳螂虾最终会通过正常的蜕皮过程长出新的俱乐部,但大部分损坏似乎发生在外部,而不是内部。这可能是它们快速出拳的一个副作用——它们的俱乐部产生的空化气泡会随着时间的推移损坏表面,就像气泡损坏船舶螺旋桨和其他高速机械部件一样。
“粉碎者”螳螂虾的俱乐部结构实际上与其近亲“穿刺者”非常相似。它们是另一种螳螂虾,它们的攻击速度同样闪电般快,但它们选择的是一种更尖锐的攻击方式。这些螳螂虾有锋利的矛,而不是锤子,它们通常以鱼类等软体猎物为目标。研究人员认为,穿刺者先进化,粉碎者后出现,可能是为了应对出现了矛无法穿透的硬壳猎物。
研究人员希望他们的研究成果能有助于制造更坚固的防弹衣和防护性运动装备,以及航空航天工业的材料。不过,无论如何,我们最好还是远离螳螂虾。














