海边玩,当心皮皮虾!我的拇指被击穿了,没错,是击穿了!| 有益思
作者:木一
编者按:
【资料图】
编者按:
近日高温,海边游玩成为了许多朋友的夏季活动首选,“赶海”捡海鲜是其中一个热门环节。但提醒大家:在海边要当心皮皮虾!
朋友被“虾爬子”怼折指神经的过去仍然历历在目。
这究竟是怎么回事?皮皮虾这么厉害的吗?
2019年,有位同学(就是笔者)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!
警察叔叔!就是这只皮皮虾↓↓
图1 凶手皮皮虾(作者提供)
世界之大,但少闲人被皮皮虾打残者耳。
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。
图2 被皮皮虾打伤的病历(作者提供)
皮皮虾咋有这么大的力量?
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游动很快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(图 3)。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。
图3皮皮虾的钩爪
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(此处的g代表重力加速度),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。
视频来自maryam tadayon 南洋理工大学
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。
图4皮皮虾出击的过程(图片来源:maryam tadayon 南洋理工大学)
“没有金刚钻,别揽瓷器活”
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”(可理解为“胳膊肘”)的部位[2]。
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,见图5-e中的红色和黄色结构,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,见图5-e蓝色结构,是一层具有网状结构的磷酸钙。最外层侧面是横纹区域,见图5-e绿色结构,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。
图5 皮皮虾形态特征。(a)螳螂虾的个体。箭头为第二对颚足。(b)第二对颚足的放大视图。箭头表示dactyl club的撞击表面的位置。(c)dactyl club外部形态的散射扫描电子显微照片。(d)纵向扫描截面。(e)dactyl club横截面分析。三个不同的区域:(i)撞击区域(蓝色),(ii)周期区域[进一步细分为两个不连续的区域:内侧(红色)和侧面(黄色),(iii)横纹区域(绿色)。(f)dactyl club光学显微照片。分别为撞击区域、周期区域和横纹区域。[3]
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[1],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。
图6 研究人员模拟螳螂虾3d打印的复合材料(图片来源:普渡大学)
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。
图7美味的皮皮虾(图片为作者提供)
不过,清洗的时候可要小心,别被皮皮虾给盘了哈!
后续
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。
图8 反盘皮皮虾(图片为作者提供)
参考文献:
[1].yaraghi n a, guarín‐zapata n, grunenfelder l k, et al. a sinusoidally architected helicoidal biocomposite[j]. advanced materials, 2016, 28(32): 6835-6844.
[2].weaver j c, milliron g w, miserez a, et al. the stomatopod dactyl club: a formidable damage-tolerant biological hammer[j]. science, 2012, 336(6086): 1275-1280.
[3].patek s n, caldwell r l. extreme impact and cavitation forces of a biological hammer: strike forces of the peacock mantis shrimp odontodactylus scyllarus.[j]. journal of experimental biology, 2005, 208(pt 19):3655-3664.
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上观号作者:上海科协