神奇的惡魔鐵甲蟲

◎ 侯家林

春秋時期，魯班發現一種草的葉邊緣有許多又尖又快的細齒，因而發明了鋸子；根據蚊子吸血的原理，我們發明了注射器；根據鯊魚皮的原理，我們發明了新的游泳衣……自然界的一切，總是能給我們提供無窮的智慧和想象。

這不，又一個昆蟲界的“狠角色”出現了，就是下面這只又黑又硬的家伙。以前經常聽人放狠話說：“我捏死你，可以像捏死一只蟲子一樣簡單！”惡魔鐵甲蟲表示不服，你捏捏試試？

惡魔鐵甲蟲就像一塊兒堅硬的石頭，就算是世界上最強壯的人，用拇指和食指盡力擠壓這只甲殼蟲，也不能把它怎么樣。因為人手這兩根指頭的擠壓力不超過40牛頓，而惡魔鐵甲蟲能承受約150牛頓的擠壓力。

惡魔鐵甲蟲生活在美國西海岸干旱地區，不會飛，以硬殼著稱，受到外力刺激時會裝“死”，最長自然壽命可達8年，和那些不可語冰的夏蟲，絕不可同日而語。

為了解開“惡魔鐵甲蟲為什么會如此堅硬”這個謎團，加州大學爾灣分校材料科學家大衛·基薩盧斯領導團隊使用了先進顯微鏡、光譜學和原位機械測試等多種手段，對惡魔鐵甲蟲的超級殼進行了研究，果然發現了它獨特的結構。在這種昆蟲小坦克一般的體內，兩方面關鍵的微觀特征幫助其承受了強大的擠壓力。

第一方面，是惡魔鐵甲蟲外骨骼的上半部分和下半部分之間的一系列連接，在邊緣上有一些凸脊鎖契合在一起，而且接觸面呈現出三種不同類型的側向支撐，將腹側角質層連接到鞘翅上：叉指式、閉鎖式和獨立式。叉指關節在壓縮下表現最堅硬、最結實，而閉鎖式和獨立式的支撐使外骨骼在壓縮時可以發生一些形變，緩沖壓力。

第二方面，是惡魔鐵甲蟲背部剛柔并濟的接頭或縫合結構，其沿惡魔鐵甲蟲背部中線延伸，連接起左側和右側厚實的裝甲。

科學家將惡魔鐵甲蟲這一系列凸起物稱為“刀片”，它們可以像拼圖玩具一樣裝配在一起，將兩側緊密相連。而且，這些刀片包含由蛋白質黏合在一起的組織層，具有較高的抗損傷性和自我修復性。當用一定的力擠壓惡魔鐵甲蟲時，每個刀片層之間的蛋白質膠中會形成微小的裂紋，但是科學家表示，那些小的裂紋類似于可自愈的骨折，這些刀片能夠有效吸收沖擊而不會完全折斷，保護惡魔鐵甲蟲體內的軟組織。研究人員認為，上層堅固而具有交叉狀支撐物的堅固結構，可用于保護惡魔鐵甲蟲的重要器官不被壓碎;在上下連接部分，柔順的閉鎖式和獨立式的支撐物則允許外骨骼變形，類似于可調高低的底盤懸架一樣，從而使惡魔鐵甲蟲能夠擠入巖石或樹皮的縫隙中。

這種類似的變形適應能力，啟發科學家設計了一些可伸縮變形的機器人，這種機器人可以擠進狹小的空間，并在其中移動，它可以用于在災后倒塌的建筑物中搜尋幸存者。惡魔鐵甲蟲功能多樣的支撐結構，也可能給裝甲車輛提供新的設計思路。人們不得不感嘆，自然進化的結果是如此偉大，放棄飛行能力的惡魔鐵甲蟲，讓自身裝甲的進化強于大多數同類。

大衛·基薩盧斯補充說：“鑒于大自然生物在數億年的時間里一直在做優化和進化實驗，人類擁有足夠的資源為下一代材料和結構設計提供靈感。”人類再一次向大自然拜師學藝，對惡魔鐵甲蟲“裝甲套件”的研究成果，可能會激發新的、更堅固的設計方案，有望用在未來新一代防彈衣、建筑、橋梁等的設計上。

（王世全摘自《知識窗》2021年第11期）