螳螂虾的迅猛出击

Adam Summers（美国）

译自http://www.biomechanics.bio.uci.edu/_html/nh_biomech/stomatopunch/puncher.htm

一只壳宽三英寸的四处游荡的礁蟹，犯下一个致命错误：居然闯入螳螂虾的领地。螳螂虾从洞中窜出，那两只色彩斑驳、让对手恐惧的螯肢，带着标志性地高举在胸前，迅猛地攻向礁蟹。在快得让人难以觉察的刹那间，只听到一声尖利的爆破声，礁蟹厚厚的甲壳上便留下了一个致命破孔。螳螂虾，体长只有六英寸，继续在猎物身上施虐，直到打得对方稀烂。

这样强大的攻击使得不经意的人也驻足为之侧目。如此小巧的动物是如何在瞬间做到的呢。生物工程学家发现了隐藏在螳螂虾中的让人惊奇的秘密：为了击倒猎物和对手，他们依靠灵巧地袭击和螯足之间的配合成为动物世界中最为迅猛地“猎手”。

螳螂虾，属于节肢动物门甲壳纲口足目，遍布于世界近海水域中。从生物工程学角度分析，螳螂虾可分为两类：穿刺者和粉碎者。前者的螯肢上的尖刺可以穿透鱼体，后者螯肢关节处的瘤节可砸碎厚重的贝壳。粉碎者用他们可怕的巨大螯肢杀死对手和同类，甚至击碎水族馆的玻璃。

加州大学伯克利分校的三位动物学家，Sheila N. Patek, Wyatt L. Korff, 和Roy L. Caldwell，利用高速摄像系统，定量研究了螳螂虾的攻击速度，他们发现利用螯肢攻击时的最高速度超过50英里每小时。最高攻击加速度可达到地心引力的10400倍！如果地球上有那位猎手能以同样的加速度出招，那他可以在1/700秒后像飞船一样飞出这个星球。

Patek发现螳螂虾的螯肢所能施展的攻击强度达到其自身肌肉能量的一百多倍。为了更有效地实施进攻，螳螂虾忙不迭地蓄积肌肉能量，然后通过突然袭击和肢体联动，猛地释放自身能量。

运动肌肉蜷曲到底部，然后瞬间释放，弹放出的巨大力量通过极短的时间内相对距离较远的螯肢根部，这一过程要比简单的弹簧运动快的多。可称之为肢体联动。

肢体联动可以很好的解释一些捕食性鱼类快速张口的原因，但是螳螂虾利用机体所积聚的能量进行的突然袭击是独一无二的。庞大的肌肉组织联会在身体的一处，然后是能量的瞬间释放。当螯肢击发后，机体恢复常态，瘤节处带着毁灭性的力量冲向前方。利用长距离的有力支撑点传运的功用，螳螂虾的螯肢带有更迅捷的攻击速度。

然而，有关螳螂虾的攻击技巧，还有许多未知的谜底。当螯肢击向目标，水体中有明显的气泡形成并破碎。能够解释这一现象的原理称之为气穴现象。气穴是导致机动船螺旋桨出现故障的罪魁祸首。气穴现象是由于水体中的快速机械力产生的致使液体中的低压气泡突然形成并破裂，并在运动物体周围形成微小的气泡。当周围水体恢复正常后，可以甚至可以观察到高压气泡已经在坚硬的不透钢表面上留下了击痕。

水的气穴现象可以用拉普拉斯法则解释，经验上与我们熟知的吹气球的原理相一致。拉普拉斯法则指出，气泡中的压力与气泡外壁的张力成正比，与气泡直径的成反比，因此，气泡越小，内压强越大，这也是为什么开始吹气球时更费力的原因。气泡直径越小，气泡中的压强越大，但是当气泡膨胀时，气泡中的气体压强急剧降低。

螳螂虾在攻击时形成了直径在四分之一英寸和仅百分之一英寸大小之间的气泡，气泡中的压强可以达到数百磅每平方英寸。当气泡离开低压区域，周围水体的高压强压缩了气泡的体积，同时增加了气泡中气体的压强，甚至超过炽热沸水中形成的高温高压气泡，进而造成了更严重的破坏力。

高压气泡在螳螂虾用螯肢破坏猎物的厚实贝壳上起到了重要的作用。同时这也造成了一个问题，螯肢自身肢体容易变得破坏和磨损严重，即便是那些不直接攻击猎物的部分。

 无论来自那方面的损伤，螳螂虾都可以通过周期性的蜕皮进行补偿。蜕皮后的螳螂虾脆弱但仍极具攻击性，当受到惊动时便会从栖身的洞穴中冲出来攻击对方，即使对他算不上什么威胁。当甲壳变硬时，螳螂虾又成为海洋世界中无可匹敌的猎手，也可能是轻量级的世界冠军。

 翻译

邢坤2009年11月19日

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