文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
都说蟑螂是杀不死的小强 ， 现在 ， 昆虫界真正顽强的角色出现了 ， 就是下面那只 ， 看上去一副 “武装色霸气” ， 又黑又硬的家伙 。
形如其名 ， 这是一只恶魔铁甲虫 ， 生活在美国西海岸干旱地区 ， 虽然不会飞 ， 但它以其硬壳著称 ， 受到外力刺激还会装死 ， 最长自然寿命可达八年 。
它在遭到人类踩踏乃至汽车碾压后 ， 仍能幸存下来 ， 密实的外壳使它能支撑 149 牛顿的力 ， 大约等于 15 千克施压 ， 食肉动物或者鸟类面对它都无从下嘴 ， 不仅磕牙影响口感 ， 而且吞下去就像生咽了一颗石头子 。
图｜恶魔铁甲虫
如果换算成一个人类 ， 这只昆虫的抗压性相当于往一个重 200 磅的人身上放两架飞机的重量而不被压死 ， 在压力实验中 ， 科学家们发现 ， 它可以承受大约 3.9 万倍于自身体重的压力 。
仅 2 厘米长的恶魔铁甲虫就像一个六条腿的小坦克 ， 不得不让科学家们好奇 ， 到底什么原因让它如此顽强？
刚柔并济的装甲结构日前 ， 加州大学尔湾分校材料科学家大卫?基萨卢斯（David Kisailus）领导团队 ， 通过用 CT 扫描、显微镜图像、三维打印模型和计算机模拟分析铁甲虫装甲 ， 终于揭示了其高强度的秘密 ， 相关论文发表在《自然》杂志上 。
“我们印象深刻 。 尤其是了解到这种甲虫外壳不包含任何特殊矿物质 ， 只是有机成分构成时 。 ” 大卫?基萨卢斯说道 。
图｜一辆汽车碾压了恶魔铁甲虫 ， 它毫发无损
天然材料 ， 例如在骨骼、牙齿和贝壳中发现的材料 ， 通常具有特殊的机械性能 ， 能以传统工程材料无法达到的方式将强度、韧性和自愈能力等性能结合起来 。
这些优异的性能部分归因于材料的层次 ， 更重要的是 ， 不同尺度的材料之间的契合结构导致了协同强韧化机制 。 因此 ， 许多人都致力于发展受自然启发的层次结构复合材料 。
在对恶魔铁甲虫的研究中 ， 科学家发现其外壳角质层中 ， 也是由比较常见的多糖 α- 甲壳素的分子与蛋白质结合形成纤维 ， 纤维聚集成扭曲的螺旋状排列 ， 这种扭曲排列的纤维堆积 ， 使角质层具有多层微观结构 ， 形成一定的坚固性和能量吸收 。
但甲壳质角质层的成分性质 ， 仍不足以解释其超级抗压的特性 。
因为科学家在两个钢结构压力器之间 ， 压扁了好几个它的同类 ， 惊奇地发现恶魔铁甲虫最难压扁 ， 它的身体在 149 N 的最大外力下才发生断裂 ， 平均压力载荷为 133±16 N ， 约为其自身体重的 3.9 万倍 ， 这大约是潜在捕食者所产生的咬合力的 10 倍 ， 甚至能顶弯针头 ， 而它的几个相似同类 ， 只能承受小于 68N 的平均峰值 。
图｜对恶魔铁甲虫的测试观察实验
【科学家拜师铁甲虫，汽车压不死，能扛3.9万倍自重压力】成年人拇指和食指按在一起产生的力约为 43.0±18.4N ， 我们能轻松地捏死一些甲虫 ， 除了恶魔铁甲虫 。
如果这些甲虫的外壳材质差不多 ， 那其他能解释的原因 ， 便是由材料构成的抗压结构不同了 。 于是 ， 科学家对恶魔铁甲虫的身体进行了横切面分析 ， 显微镜下 ， 秘密终于揭晓 。
在这个昆虫小坦克体内 ， 两方面关键的微观特征帮助其承受了强大挤压力 。
第一方面 ， 是其外骨骼的上半部分和下半部分之间的一系列连接 ， 在边缘上有一些凸脊锁契合在一起 ， 而且接触面呈现出三种不同类型的侧向支撑 ， 将腹侧角质层连接到鞘翅上：叉指式、闭锁式和独立式 。 叉指关节在压缩下表现最坚硬、最结实 ， 而闭锁和独立式的支撑使外骨骼在压缩时可以发生一些形变 ， 缓冲压力 。
图｜铁甲虫主要身体部位坚固的接头和接口
第二个关键特征 ， 是其背部刚柔并济的接头或缝合结构 ， 其沿甲虫背部中线延伸 ， 连接起左侧和右侧厚实的装甲 。
推荐阅读
- 你敢吃虫子么？看看在人类的食谱中都有哪些可食用的昆虫
- 蛛网中的囚徒
- 公交车失控冲入河里，已经捞出13具尸体
- 奇葩：自家停车位被占，四川一车主把车拆成一地零件，业主群炸了！
- “王澄澄”不是普通违法，涉及这些犯罪行为
- 美国冷冻人成功复活！人类未来的冰冻技术，能实现长生不老吗？
- 赖昌星的弟弟赖昌图，潜逃国外后过得怎么样？最后为何选择回国？
- 科学家发现神秘杂交猴子，可以繁殖后代！这可能是人类的责任！
- 2011年山东一女子与情人车内偷欢，因一氧化碳中毒，裸死车中