admin 雀尾螳螂虾，甲壳界的颜值担当，一身铠甲像孔雀羽毛一样鲜艳，集全了蓝、绿、红、黄的亮丽颜色。
高颜值的螳螂虾是海族馆的收罗对象，把它放到观赏鱼缸里，色彩明艳很是吸睛。但可惜完全可以靠颜值吃饭的螳螂虾，根本没有做花瓶的觉悟，它会一拳击碎6mm的玻璃，逃出玻璃缸。不屑于仰仗颜值吃饭，螳螂虾凭借自己的一双铁拳打拼天下。螃蟹、蛤蜊、海螺，装备再厚实的背壳都没用，所有的硬壳螳螂虾都能给你敲开。在它生活的浅海岩石区，还没有螳螂虾吃不到的食物。
击碎玻璃和硬壳的铁拳有多厉害？螳螂虾出拳的最大加速度能达到104公里/秒2，速度达到110公里/小时，以72公斤的力量击打猎物硬壳。威力相当于射出一枚0.22口径子弹（小口径手枪）。
螳螂虾是动物界里最快的拳击手，爆击的力量轻易就能打碎其他甲壳动物的防御铠甲。那么它在海域是不是无敌了，没有谁能抵抗住它的拳击？不，它身边就有势均力敌的对手，能跟螳螂虾抗衡的是另一只螳螂虾。
螳螂虾不仅有一双最快的拳头，还有一身最强的铠甲。两只螳螂虾对峙，拳头奈何不了铠甲。以子之矛，攻子之盾，螳螂虾的盾毫不逊色于它的矛，它的铁拳和铠甲，比飞机外壳更耐冲击，比防弹衣料更为坚韧。
螳螂虾的铁拳
螳螂虾不是虾，是虾蛄，也就是我们熟悉的皮皮虾。生活在浅海的岩石底和洞穴中的螳螂虾，共有500种。捕鱼吃肉的螳螂虾，武器长在掠足（第二对颚足）的前端，像螳螂一样，平时把锄刀样的掠足折叠在胸前，攻击时弹出。它的掠足分两种，一种掠足前端像根长矛，用来穿刺鱼肉。另一种掠足前端像对棒槌，用来击碎硬壳。在族群中，穿刺型选手的数量要比重击型（也叫粉碎型）选手的数量多。
上图可以看清楚雀尾螳螂虾（Odontodactylus scyllarus）掠足上的一对棒槌拳头，它也是族群中出拳最快的拳击手。雀尾螳螂虾的个头很小，只比手指头稍长一点儿，平均身长6～12厘米。
个头小的螳螂虾脾气可不小，一言不合就拎起铁拳砸你。不要小瞧了拳击手，螳螂虾出拳并不是一味地依靠蛮力，它不仅会积蓄能量，还会引爆水波，给自己的重击叠加上多层次的力量。
螳螂虾的掠足很有弹性，能像弹簧一样积蓄力量。上图中的桔色箭头标示出它积攒力量的弹簧区域，收缩腿部肌肉，压缩弹簧，压到极点后瞬间释放出击。积蓄力量爆发的攻击速度远远超过只靠肌肉驱动的速度。弹簧腿蓄能用时700微秒，而释放只需要2微秒，能释放出超过自身重量1000倍以上的力量。
瞬间爆发的力量还不够，螳螂虾还会借助水的威力。当螳螂虾的棒槌加速出击时，带动水流，掠足周围的水流突然加速，局部压力急剧下降，溶解在水里的气体溢出，水流中出现了气泡。水流携带气泡击打在猎物身上，水泡瞬间爆破，给猎物增加了更大的冲击力，水爆力量比拳击力量还要强，有时能达到拳击力的两倍以上。
因为水压突降，水流中出现气体的现象叫做空蚀现象。空蚀就像水突然沸腾，产生气泡，只不过水的沸腾不是因为加热，而是因为压力下降造成的。瞬间空蚀的力量很大，轮船的不锈钢螺旋桨经常会被空蚀气体撞击出凹坑。
棒槌加上空蚀的双重爆击，别说血肉之躯的鱼儿了，就连厚实的甲壳类生物都受不了。横着走的螃蟹，一下子就被击断蟹钳。合上贝壳便觉得天下太平的牡蛎，一下子就被击碎硬壳。[头条-法兰西is培根-未经授权请勿转载其他平台]
铁拳的秘密
铁拳是螳螂虾获取猎物的武器，它每天出拳多次，总计敲击50000次棒槌拳头后，才会蜕壳换一副新拳。试想一下，你的拳头以击碎窗户玻璃的力量击打坚硬物体，承受50000次重击后，你的拳头会不会裂，胳膊会不会折？肯定会，你的骨头经不住多次高速重击，但是螳螂虾却可以。
螳螂虾出拳重击时，铁拳不裂，掠足不折的秘密在于，外骨骼材料的排列组合方式有玄机。
螳螂虾比钢铁还硬的铁拳，材质却很普通，大部分是几丁质，跟它身上甲壳的材料一样。几丁质（(C8H13O5N)n ），一种高分子多糖，是甲壳类动物和昆虫的外壳材料。几丁质组成支撑身体的外骨骼，在自然界中广泛存在。
铁拳分内、外两部分，外部是撞击区，内部分为螺旋区和横纹区。内外部分的材质跟其他动物的甲壳一样，但它们的排列方式却不同。
- 外部撞击区
铁拳的外部是直接捶打猎物的撞击区，装配了抗裂涂层。涂层材料由普通的磷酸钙包裹住几丁质，以特殊结构排列，被压得非常密实，硬度超过其他动物的甲壳。
上图是高倍显微镜下撞击区的细节，可以看到密实的人字形花纹，正是这种新颖的人字形花纹增加了铁拳的硬度。几丁质与磷酸钙组合形成人字形排序结构，第一次在自然界中发现。
人字形结构的外层既能保护掠足重击时不受伤，又能把力量转移到猎物身上，加重拳击威力。
- 内部螺旋区
铁拳内部的螺旋区，几丁质纤维像螺旋楼梯一样，旋转排列。
上图是螺旋区，几丁质纤维层，每一层排列时，比下一层旋转了一个角度，一层层像扭麻花一样叠加堆高，最终完成180度的旋转。螺旋结构能过滤特定频率的冲击波，消除剪切波对掠足的冲击，相当于一个减震器，有效保护铁拳。
- 内部横纹区
上图是横纹区细节，平行的纤维缠绕在铁拳周围，当铁拳被撞击时，能阻止铁拳膨胀。你看拳击手在戴拳击手套之前，会在手上缠上一圈布带，横纹的作用跟布带的作用一样，束缚住骨头，防止开裂。
外层坚硬抗击打，内层卸压防龟裂。普通材质的铁拳，只要改变一下排列秩序，就能击穿硬甲和玻璃。
螳螂虾的铠甲
与铁拳相匹配的，是螳螂虾的铠甲。
生活在珊瑚礁丛的螳螂虾，为了争夺一个洞穴，经常举起铁拳比试一番。同伙之间拼抢的是地盘，并没有生死之仇，所以它俩的比试不会伤及要害部位。两只螳螂虾只比力气，力气大的说话，力气小的让位。比试力气时，一只螳螂虾屈背弓腰，另一只抡起拳头重击它的尾甲。所向披靡的铁拳，只能让同伴感受到力量，却捶不穿它的尾甲。
铁拳击不碎的尾巴，像一个盾牌，抵挡外力。盾牌外部有一道道向外凸出弯曲的棱脊，内部是跟铁拳一样的螺旋结构。外凸的棱能消减冲击力量，内旋的扭曲结构增加铠甲的韧性。
上图是加州大学和普渡大学联合团队做的3D模拟图，分析螳螂虾尾部盾牌的受力情况。团队发现外部突脊加上内部螺旋，在受到冲击时不仅能吸收大部分的动能，还能阻止外壳上裂纹的扩展。弹性铠甲除了抗压外，还能向内弯曲卸力，有效保护内部肉体不受伤害。
一句话，螳螂虾的铠甲比其他动物的甲壳，强度更高，弹性更好，更耐冲击。
螳螂虾带来的启发
为什么要研究螳螂虾？为了制造出像螳螂虾铠甲一样强大的保护材料。又轻又硬，还能减震抗压的材料，用途非常广泛，既能做安全头盔，又能做防弹衣料。
螳螂虾带给团队最大的震撼是：不用费心去找新材料，改变普通材料的排列秩序，就能成倍提高性能。人字形花纹增加强度，螺旋排列增加韧性。
团队用碳纤维环氧复合材料，分不同角度交错叠加，压制成新材料。相比于普通的炭纤维，螺旋结构的新材料抗冲击性能提高20%以上。
重量轻，强度高，耐冲击的新型炭纤维材料，除了做头盔防弹衣外，还可以替换金属材料制造飞机机身，重量更轻的机身，能节约更多的燃料。
自然界一直在引领我们前进，每条生命都有人类比不上的天赋。每次解开自然界的一个秘密，我们就学会一样新本领。探索没有尽头，学习永无止境。
#科学有意思#
参考资料：
1：“Deadly strike mechanism of a mantis shrimp”，by Philip N. Trathan et al., Biological Conservation, 2019
2：“Ecologically Driven Ultrastructural and Hydrodynamic Designs in Stomatopod Cuticles”，by Lessa Kay Grunenfelder et al., Advanced Materials, 2018
3：“The Stomatopod Telson: Convergent Evolution in the Development of a Biological Shield”，by Nicholas A. Yaraghi et al., Advanced Functional Materials, 2019
4：“A Sinusoidally Architected Helicoidal Biocomposite”，by Nicholas A. Yaraghi et al., Advanced Materials, 2016
附：今天更新自然界里的秘密系列文章，这是第22篇：螳螂虾的铁拳和铠甲。