这种小虫依靠“头铁”登上《天然》，汽车都压不死它

出品：科普中国

制造：可可 昆虫专门店

监制：中国封建院盘算机网络信息中央

近期，一种北美西海岸的稀有甲虫登上了《天然》杂志。这种叫做铁定甲虫（diabolical ironclad beetle）的昆虫，固然无法翱翔，却拥有令人惊异的抗压才能，乃至汽车碾过都毫发无伤。封建家们很早从前就注意到了铁定甲虫具有的逆天“怪力”，但真正展现它们异禀天赋的泉源却是迩来的事。快来看看毕竟是怎样回事吧。

△铁定甲虫，图片泉源：https://www.inaturalist.org/observations/3084122

铁定甲虫——容颜不佳看，遇事立刻闪

铁定甲虫身长2到3厘米，生存在北美大陆的西海岸，从墨西哥北部到加利福尼亚州全境，都有它们出没的目击报告。在富含腐殖质的丛林深处，树木于惨淡的情况中完成着本人的存亡循环，同时也为整个丛林生态体系提供着不成或缺的养分，泽荫着铁定甲虫等多数生物。树皮外表附着的真菌将菌丝深化到树皮下方，铁定甲虫将巢穴构筑于此，富含多糖和卵白质的菌丝就是它们最爱的食品。

铁定甲虫属于瘤拟步行虫科，听名字就晓得它们最少有两大特性，第一外形不怎样顺眼，第二不怎样会飞。很多昆虫都有属于本人的兵器，有些有毒针，有些有大颚，有些能开释毒液，再不济也能飞。铁定甲虫看起来比力“废”，没有打击才能不说，连主动防守也不会，遇上事儿了只能被动防守。

不外铁定甲虫可以绵延不停香火不休，没两把刷子也是万万不可的，它们御敌的宝贝就是三种超强的被动防守武艺。铁定甲虫借着这三大招式，固然谈不上纵横武林，也相对不至于生存得苟延残喘。

铁定甲虫的被动防守武艺之一是装死，这个倒是算不得特别，毕竟很多昆虫都市这招，但铁定甲虫装死的段位更高。很多昆虫六脚朝天一躺倒，足和触角都耷拉在外表，固然装得像，却很容易遭到损伤。铁定甲虫则会有熟悉地把足和触角紧缩转肢体周围，它们的胴体上乃至有装死时用来收纳足和触角的凹槽。如此一来，安然渡劫的约莫性就会大大增长。

△装死中的铁定甲虫，泉源：https://www.inaturalist.org/observations/12277220

铁定甲虫的被动防守武艺之二就是拟态——它们的外表和外形看起来十分像不起眼的小石头。并且不但是铁定甲虫一族，它所属的瘤拟步行虫科都是拟态的妙手。在外洋某些甲虫喜好者的圈子里，乃至有搜集瘤拟步行虫标本然后制成相似宝石装饰品的习尚。

△与周围树皮浑然天成的铁定甲虫（左）和瘤拟步行虫标本制成的装饰品（右），泉源：维基百科“瘤拟步行虫”条目

铁定甲虫的第三个被动防守武艺就愈加玄乎了，它们的肢体可以承受极大的压力，不仅捕食者的挤压和尖刺对它们没什么办法，连汽车碾过都约莫安全无事。乃至想把它们安稳在标本盒里的昆虫学家们都市常常感受一筹莫展——它们的铁甲乃至可以让安稳标本用的钢针弯曲。普平凡通的血肉之躯，怎样可以承载云云重压，铁定甲虫特技眼前的奥密勾起了封建家们的猎奇心。

丢弃翱翔换来的铁甲加身

铁定甲虫和别的甲虫一样，周身由坚固的外骨骼包裹。在这套甲胄中，最紧张的分明是背部，由于昆虫的背是它们最为脆弱的部位，能不克不及扛住猎食者的尖牙利爪，全凭背部的承压才能。

平凡飞行甲虫的背部装甲是两片鞘翅，也就是将第一对翅特化为相似外骨骼的坚固“剑鞘”，将柔软的后翅藏本人方。两片鞘翅间只在最上方处依靠一个像活页一样的布局来控制开合，在飞行时两片鞘翅掀开，平常则兼并为背部装甲。

如此的布局很好地统筹了保护性与飞行才能，可惜的是，在面临猎食者自上而下的挤压和啄击时，这种布局在强度上照旧会有心有余而力不足的时分。

我们可以追念一下在路上见到过的被碾压的飞行甲虫遗体，会发觉它们无一例外地展现出鞘翅向外咧开的外形。毕竟鞘翅虽有一定强度，但它们之间仅有一处接合点，碰到压力全体布局天然会产生崩溃，这也是飞行甲虫们为了保全飞行才能的被动之举。

△飞行甲虫化石，注意死去时的姿势（左）和飞行中的瓢虫，注意鞘翅和后翅（右），泉源：维基百科“甲虫”条目

但与飞行甲虫所不同的是，铁定甲虫为代表的步行甲虫们彻底丢弃了飞行才能，转而将最为紧张的两片背部鞘翅特化为了一整块背甲，抗压才能取得了极大提升。不必再思索飞举动力学的它们，无需再维持圆润的流线型体态，而是提高得越来越扁平且棱角明白。如此的体型也让它们可以更好地居住于岩石和树皮下方。

至于铁定甲虫的抗压才能毕竟有多大，封建家们给出了具体的测试后果。在受纵向紧缩载荷后，铁定甲虫比别的同类甲虫体现出了更大的刚度（反抗紧缩的才能），并且它外骨骼的刚度在紧缩到达一定水平后另有一个忽然的增大。这意味着对它们举行紧缩时，途中会发觉紧缩变得越发困难。

别的同类甲虫外骨骼的刚度仅有铁定甲虫的一半到五分之一，并且也并未体现出中途忽然增大的征象。固然，甲虫们的外骨骼也绝非铜头铁臂，载荷到达一定水平后显现断裂也是一定。大局部同类甲虫外骨骼断裂时的载荷约莫是40到70牛顿，而铁定甲虫的断裂载荷却到达了150牛顿。

这一受力相当于它本肢体重的约莫4万倍，并且也远远凌驾了成年人拇指和食指合捏时所能产生的载荷（约莫50牛顿）。也就是说，恐怕人类中最上心的大力士都无法用手指捏爆一只铁定甲虫。

与铁定甲虫一同到场测试的其他甲虫但是也并非是容易之辈，它们都是和铁定甲虫具有相似肢体特性、同一栖息地、乃至相似生存习性的嫡亲，平常面临的天敌（如大型食虫鸟类）也都差不多。

那么，铁定甲虫这种超神的抗压天赋毕竟从何而来呢？想要回复这个成绩，我们还得从步行甲虫们的肢体布局开头提及。

△四种甲虫的紧缩曲线，此中的蓝色代表铁定甲虫，泉源：参考文献1

铁甲的极意，浑身产业范儿

种种步行甲虫们的外骨骼但是在基本布局上好坏常相似的，它们并非是一个完备的管形壳体，而是由几个局部拼接而成。

在背部，两片鞘翅拼构成一片背甲，正中由一条相似铰链的布局连缀在一同。然后再各自与腹部外骨骼在侧方举行毗连。说白了就是步行甲虫的肢体护甲由两片背甲和一片腹甲构成，它们各自又经过铰链布局连缀在一同，铰链贯串整个肢体。固然不克不及翱翔，但是“焊合”在一同的两片鞘翅却构成了一块坚不成摧的背甲，让铁定甲虫们可以安然地表对种种天敌。

△铁定甲虫背部中央的铰链布局，泉源：参考文献1

既然各位的肢体布局都差不多，那为什么铁定甲虫比别的嫡亲们的“耐造”水平又高了几个段位呢？

在对铁定甲虫举行愈加深化的分析后，封建家们找到了眉目。他们起首用CT察看了铁定甲虫的肢体，发觉在它们背部外骨骼的下方有一个空腔，这里并没有紧张的脏器存在。遭到中等水平紧缩时，空腔体积变小，而脏器则并不会遭到损伤。这一空腔的作用和不少豪车装备的氛围悬架有几分相似。

而当载荷进一步增大时，空腔以前不克不及抵消全部损伤，这时就要外骨骼来“硬扛”了。铁定甲虫这身铠甲可不是吃素的，它的外骨骼分外健壮，作为背甲的鞘翅密度乃至到达了1克每立方厘米，是很多飞行甲虫鞘翅密度的两倍支配。

别的，相似甲虫外骨骼如此拼合而成的布局，在产生毁坏时最为单薄的环节屡屡不是质料本身，而是在不同板块的接合处。关于甲虫们来说，这最为脆弱的部位便是两块背部鞘翅之间相接的铰链接缝。

固然种种步行甲虫的背部铰链接缝存在一定相似性，都是相似于拉锁锁齿的互锁机构。但别的的嫡亲甲虫们大多接纳一个主锁齿的布局，而铁定甲虫则把锁齿分为数个。这种布局颠末封建家们的盘算机仿真模仿，被证实其的确具有极高的健壮性。

并且，构成背部铰链的并非是整块材质，而是富含卵白质的多层质料。这些质料平常严密地堆垛在一同，但一旦遭到致命挤压，层间就会显现间隙，这些间隙又可以起到进一步开释应力从而保护铰链锁齿的作用。

总而言之，铁定甲虫的背部铰链在外形上最为繁复，锁齿的数目最多，锁齿的轻重最均一，反应到大局上就是这种布局最能疏散应力，从而最能承力。

在腹部护甲和两块背部护甲的毗连处，铁定甲虫的不同毗连部位，不但接纳铰接的情势，另有相似于弹簧的松懈布局。这些“弹簧”间本身没有硬毗连，但是它们极大的活动范围为铁定甲虫在受压时提供了精良的吸能后果。

不得不说，铁定甲虫真是浑身上下都分发着产业硬核范儿。

△铁定甲虫背部的空腔以及一边的“铰链”和“弹簧”，泉源：参考文献1

仿生研讨界的新明星

封建研讨最为地道的意义固然是探寻未知，好比回复铁定甲虫为什么云云抗造这一成绩。在取得答案后，封建研讨又会自但是然地转向怎样使用这些所发觉的纪律为人类提高寻求新约莫。封建家们研讨铁定甲虫固然不是地道为了满意猎奇心，而是渴望借助揭开这种神奇生物的奥密来找到可供人类使用的新点子。

铁定甲虫特别的铰链布局无疑是封建家们发觉的一处新宝藏。固然它的外形还没牛到打破人类想象力的水平，但历经数亿年提高磨练的这种铰链，分明有其存在的公道性。在举行相似的质料毗连时，假如我们把接洽做成与其相似的锁齿，再让它们互相铰接，就很约莫取得无需焊接就能到达极高强度的毗连布局。

△使用铁定甲虫“铰链”布局计划的航空倡导机叶轮安稳办法，泉源：参考文献1

完全丢弃了翱翔的铁定甲虫固然丢失了一定的挪动自在，但特化的“铁甲”让它们取得了惊人的生命力，钢针、鸟喙、手捏都是小case，乃至汽车都无法将它们碾毙。与很多仅多数周寿命的甲虫比拟，铁定甲虫的寿命长达7、8年，完善是甲虫提高的神迹。

与铁定甲虫相似，每一个存世的物种都有本人的处世之道和人生哲学，也都有人类值得学习参考的过人之处。生物资源的宝贵性之一就在于此，丢失任何一个物种，关于人类而言丧失的都将是无穷的约莫性。

△壮丽多彩的甲虫们，泉源：维基百科“甲虫”条目

参考文献：

1. Toughening mechanisms of the elytra of the diabolical ironclad beetle

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2813-8

2. Scientists reveal how diabolical ironclad beetle can bear huge weights

https://www.theguardian.com/environment/2020/oct/21/scientists-reveal-diabolical-ironclad-beetle-bear-huge-weights