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身披盔甲的动物导师:犰狳、鲍鱼、象鱼、铁锭甲虫、穿山甲

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Liz Langley 编译:曾柏谚):从「防食人鱼」的象鱼到穿山甲,快来认识这些「甲鬼甲怪」们吧!

犰狳鳞甲带给人们研制弹性盔甲材料的灵感。 PHOTOGRAPH BY NORBERT WU, MINDEN PICTURES/ NAT GEO IMAGE CO

犰狳鳞甲带给人们研制弹性盔甲材料的灵感。 PHOTOGRAPH BY NORBERT WU, MINDEN PICTURES/ NAT GEO IMAGE COLLECTION

犰狳

国际自然保护联盟(IUCN)的食蚁兽、树懒与犰狳专家组(anteater, sloth, and armadillo specialist group)主席玛丽耶拉. 苏博瑞那 (Mariella Superina) 在电邮中写道,虽然仿间流传着许多犰狳把子弹弹飞的报导,但这些生物其实并不防弹。 牠们的外壳由长在皮肤中的骨质板(osteoderms,或称皮内成骨)构成,这些骨板借着疏松的相连方式保持了外甲弹性,同时外层还覆有角蛋白(keratin)这种构成毛发、指甲与部分兽角的蛋白质成分。

她说:「这些外壳能让犰狳藏身在多刺的灌木丛中,进而躲过掠食者。 」不过像是狗或猛禽这一类的掠食者,依旧能轻易地破坏这层外壳。 与其说犰狳的盔甲像是防弹衣,不如说它更像是硬壳行李箱吧。

话虽这么说,犰狳一节节的骨板仍启发了蒙特娄麦基尔大学(McGill University)的研究人员。 为了开发出一种保护性材料,他们将六角形玻璃板置于一种软性基质上。 与厚度相同的连续玻璃板相比,该材料的抗穿刺力提升了70%。

鲍鱼

鲍鱼

鲍鱼

加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)雅各布工程学院(Jacobs School of Engineering)的马克 . 梅尔(Marc Meyers),自20年前便已开始师法生物来为美军研发盔甲,他说:「这些湿黏的腹足类住在类似砖瓦结构(bricks and mortar structure)的外壳里。 」

鲍鱼壳由数层碳酸钙层板构成,每层只有人发的两百分之一宽,并以某种蛋白质作为「胶水」将其接着在一起。 虽然碳酸钙质地很脆,但鲍鱼将其作为「砖头」层层堆积,使外壳格外坚硬;而蛋白质则充当「泥水」的角色,让层与层之间能相互滑动,使得外壳在吸收冲击后不致损毁。

梅尔与团队希望能更进一步了解鲍鱼壳的结构如何发挥功效,藉此开发出更好的军警用防弹衣。

象鱼

象鱼

象鱼

梅尔如此形容这种巨型淡水鱼:「象鱼(arapaima)根本就是鱼中战舰。 」象鱼可以长到3公尺长。 牠们不但无畏食人鱼(piranha)的骇人利牙,还与牠们一同生活在亚马逊的季节性湖泊中。

梅尔与他的团队发现象鱼的甲冑是由许多交错的弹性鳞片组成,每片鳞片在表面的矿化层下方还堆栈了一层层的胶原蛋白。 研究团队将象鱼鳞片镶嵌在仿真鱼类肌肉的橡胶上,并将食人鱼牙齿安装在工业打洞机中,接着让机器往鳞片上打洞──他们发现尽管食人鱼的牙齿能穿透第一层象鱼鳞,但象鱼身上平均可是有三层鳞片呢!

这些坚固但富有弹性的鳞片还提供了工程师在改良盔甲上的其他灵感。 坚硬的外层可以抵御掠食者咬穿鳞片,而胶原蛋白则在鳞片破裂前为剧烈冲击提供了足够的缓冲;至于鳞片表层的波纹,则有助于保持整体完整。

铁锭甲虫实在太过坚硬,因此工程师们决定着手研究牠们来建造战场上更优良的战车。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOG

铁锭甲虫实在太过坚硬,因此工程师们决定着手研究牠们来建造战场上更优良的战车。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

铁锭甲虫

分布在美国西南部与墨西哥的铁锭甲虫(ironclad beetles,幽甲亚科 Zopherinae)可是硬到连标本都无法用针固定到木板上,需要靠电钻或铁锤才能穿透牠们坚硬的身体。 其中某些物种在感到威胁时,会将六足与触角猛然缩进甲壳上的特殊沟槽内,把沮丧的猎食者留在牠们超级坚硬的堡垒之外。

牠们厚实的外骨骼由几丁质(chitin)构成,以恶魔铁锭甲虫(Nosoderma diabolicum)为例,这种多醣(polysaccharide)外壳足以让牠毫发无伤地承受车辆辗压;而这外骨骼除了耐压之外,也提供收集、 引流与储存水分的功能,能防止牠们脱水。

铁锭甲虫坚硬的外骨骼与灵活六足还激发了国防承包商英国航天系统公司(BAE Systems)的灵感,研发出更禁得起爆炸伤害的战车悬吊系统。

如同这只在刚果民主共和国的长尾穿山甲(Phataginus tetradactyla)一般,穿山甲是唯一已只具有鳞片的哺乳类。PHOTOGRAPH BY FRA

如同这只在刚果民主共和国的长尾穿山甲(Phataginus tetradactyla)一般,穿山甲是唯一已只具有鳞片的哺乳类。PHOTOGRAPH BY FRANS LANTING, NAT GEO IMAGE COLLECTION

穿山甲

苏博瑞那描述:「穿山甲(pangolin)身上交迭着完全由角蛋白构成的大鳞板。 虽然鳞片让牠们看起来相当笨重──但对这些生活在亚洲与非洲的小可爱而言,却完全不是这么回事。 」事实上,牠们是唯一已知具备真正鳞片的哺乳类,更被昵称为「有鳞片的食蚁兽」。

Pangolin 在马来文中的意思是「卷曲者」,这绝非浪得虚名。 当穿山甲受到威胁时会把自己卷成一颗球,以鳞片作为坚固的外盔甲。

穿山甲由角蛋白构成的鳞片虽然相当轻巧,但拜角蛋白排列的方式所赐,它出乎意料地抗裂;而且当鳞片断裂时,能引导裂痕远离下方的软组织。 西北大学(Northwestern University)的科学家在2017年发表了一篇关于穿山甲鳞片结构的研究提到,人们对穿山甲鳞片的理解将有助于设计能使裂痕偏转的人体盔甲。

梅尔说:「就连狮子也拿穿山甲没办法。 」




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