说出来你可能不信，我的指神经被皮皮虾打折了！
2019/3/2 7:00:00木一 科学大院

     最近，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.

     作者单位：中国科学院大连化学物理研究所

    

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