最近,有位同学在热带的海边捉了个皮皮虾,然后拇指被皮皮虾给击穿了,没错,是击穿了!这位同学在被皮皮虾击穿10天之后,拇指依然是麻木的,于是他去了医院。在其他患者 “你咋还能让那玩意给打了” 的嘲笑声中,医生给出了诊断:左手拇指外伤感染,指神经损伤。皮皮虾又称虾爬子、虾姑、螳螂虾,英文名是Mantis Shrimp,是一种生活在近海的小型多彩甲壳动物。
皮皮虾并不是一个单独的物种,而是节肢动物门软甲纲口足目旗下物种的统称,目前世界范围内已知有超过450多种。它们一般体长10厘米,部分体长能达到30厘米。它们有时也被称作“手指分裂家”,因为它们的钳子硬到可以切开人的附肢,原因是它们拥有一种最具毁灭性的武器——圆形钩爪。以雀尾螳螂虾为例,它的第二对颚足非常发达,是捕食和御敌的利器。其最前端的一节呈单刺状,末端如锥子一般非常尖锐,根部则凸起加厚。
当它折叠起来时,加厚的部位可以像锤子一样击碎甲壳类、贝类、螺类等动物的硬壳;而当它伸展开时,又可以轻松刺穿动物的软组织。上面那位同学的拇指,就是被一对“颚足”的第一节所刺穿,在手指上打了四个洞,由于第一节的根部也完全刺入,让这位同学产生了有“毒液”注入的错觉。
这种钩爪出击时简直是快如闪电,只要是从它面前经过的生物,无论是鱼虾蟹还是贝类和螺类,都逃不过皮皮虾的小拳拳,出击的加速度可达到10400g,并以23 m/s的速度释放最高可达700 N的冲击力,可将猎物瞬间捕杀致死。从出击到收回的时间不到0.0008秒钟的时间,也就是说,你眨一下眼,皮皮虾的小拳拳理论上可以击打500次。皮皮虾的“出拳“过程分为三个步骤:休息放松-准备出击-快速出击。
在没有猎物时,图中C1和C2之间像“马鞍”的凹槽处于松弛状态的,当发现猎物准备出击时, “马鞍”状凹槽纵向压缩,积蓄力量,当瞄准目标之后,“马鞍”状凹槽立即松弛,将第一节根部瞬间弹出,对猎物实施捕杀。皮皮虾捕猎类型分为两种,一种是使用圆形钩爪的尖部快速打击猎物即击穿型;另一种是使用比较钝的“战锤”实锤猎物即打击型。
皮皮虾的出击速度如此之快、力量如此之大,显然它本身也需要一种高抗断裂材料作为铠甲,这种高抗断裂材料具有独特的多层结构,可以用来制造仿生装甲。加利福尼亚大学的研究人对雀尾螳螂虾开展了几年的研究,拥有如此强大抗击力度的部分是皮皮虾钩爪中被称为“dactyl club”的部位。研究者发现,螳螂虾的“胳膊肘”由三部分构成。内部被称作周期区域,冲击能量在这里被吸收。
周期区域有两个相结构,一个由螺旋甲壳素构成,另一个由非晶磷酸钙和碳酸氢钙的无机相构成,这两个结构的密度不同。将周期区域包裹起来的是撞击区域,是一层具有网状结构的磷酸钙。最外层侧面是横纹区域,是扩散冲击力的颗粒层,使冲击力进一步耗散。这三个区域构成的钳体在不受破坏的前提下,可产生很大的打击力。研究人员在计算机上对这种网纹骨结构进行了模拟,但要在更大尺寸上证明这种结构更有效,还需继续进行研究。
普渡大学科学家利用3D打印制造了基于皮皮虾网格结构的复合材料,证明网纹结构强度极高,而且抗冲击。这种材料可能有望应用于人体装甲、车体,甚至宇宙飞船壳体。皮皮虾的吃法想必大家都看饿了,皮皮虾一共有四种常见吃法:清蒸、椒盐、刺身和包饺子。不过,清洗的时候可要小心,别被皮皮虾给盘了哈!这次手指被打穿,医生给笔者开了一些消炎和营养神经的口服药,恢复时间预计需要十余天。
如果大家像笔者一样被皮皮虾划伤、击穿,一定要立即处理伤口并及时就医,毕竟海洋中的微生物可是非常强大的,若感染则有截肢的风险。