这只坚不可摧的甲壳虫是如何在被车碾过后幸存下来的

这种恶魔般的铁甲，除了拥有动物界最酷的名字之一外，还拥有最坚硬的天然外骨骼之一。一组科学家终于解开了这种特别耐用的盔甲背后的秘密，以及这些昆虫是如何在被汽车碾压的情况下生存下来的。

正如智者常说的那样，一根在风中弯曲的芦苇比一棵在暴风雨中折断的大树更坚固。今天发表在“自然”杂志上的一项新研究表明，恶魔般的铁甲虫(Phloeodes Dedelicus)就是这些圣人话语的追随者。它们的外骨骼特别坚韧，但当压力真的太大时，它们的保护壳就会呈现弹性，导致某种拉伸而不是断裂。

做出这一发现的科学家-来自普渡大学(Purdue University)和加州大学欧文分校(University of California-Irvine)的一个团队-表示，这种恶魔般的铁甲虫采用的独特策略可以激发创新材料的创造，即能够消散能量的部件，以防止灾难性的断裂。UCI的材料科学和工程学教授David Kisailus领导了这项新的研究。

这种凶猛的铁甲虫发现于美国西南部，喜欢躲在岩石下，挤在树皮后面。这些甲虫不会飞，所以他们开发了一对有趣的防御策略来保护自己免受鸟类、啮齿动物和蜥蜴等捕食者的攻击。除了装死(这本身就是一种经典而有效的策略)，这些坦克状的虫子还配备了科学上已知的最坚硬的外壳之一。这种外骨骼非常坚固，这些甲虫可以在被汽车碾压的情况下幸免于难。更实际的情况是，当它们被鸟啄的时候，这个壳可以保护它们的内脏。

为了更好地了解这些甲虫及其耐用的外骨骼，研究人员刺激了这种盔甲的局限性，用显微镜和CT扫描仪对其进行了研究，甚至还打印了自己的3D版本来验证他们的理论。

实验表明，恶魔般的铁甲虫可以承受150牛顿的外力，相当于其体重的3.9万倍。根据普渡大学的一份新闻稿，如果我们将其与人类进行比较(考虑到涉及的规模差异很大，这不是一个很好的例子，但仍然很有趣)，这将需要一个200磅的人忍受780万磅的挤压。一个轮胎从头顶飞过会产生100牛顿的力，这解释了这些甲虫如何在与汽车的碰撞中幸存下来。研究人员说，其他种类的甲虫甚至连一半的负荷都承受不了。

用显微镜和CT扫描仪对外骨骼进行的物理分析表明，这种生物耐用性的关键在于这种生物的鞘。在会飞的甲虫中，鞘翅目是它们后翼的保护性翼盒(在瓢虫中，鞘翅目是红黑相间的圆点贝壳，在它们该飞的时候会打开)。然而，对于陆地上恶魔般的铁衣甲虫来说，它的两个鞘翅目进化出了不同的目的，保护它的内脏，而不是它的翅膀。在这样做的过程中，它变得比在其他甲虫身上发现的鞘翅目要坚韧得多。

外层防止过度运动，保持外骨骼结构完整。这层外层的蛋白质比平常多--重量比甲虫身体的其他部位多10%左右--这就增加了额外的力量。

与此同时，内侧缝合线-沿着甲虫腹部长度将两个鞘分开的线-以连接的叶片为特色，最好的描述是互锁拼图的碎片。这些刀片或缝合线紧密相连，防止任何内部运动，并保持拱形外骨骼的结构完好无损。

但还记得我们的“风中芦苇”的比喻吗？如果事情开始变得太激烈，压力太大，就必须有一些让步，以免甲虫最终像顽固的树一样折断。在这种情况下，互锁缝合线会经历一个称为分层或分层压裂的过程，在这个过程中，连接的结构慢慢地相互拉开，从而允许能量耗散和弹性变形。如果力太大，这种连锁结构将完全崩溃，但破坏过程比普通的老式断裂发生得更慢、更温和。在现实世界的场景中，这意味着在完全失败之前需要更长的时间，对于甲虫来说，这可能是生死攸关的问题。

Kisailus在加州大学欧文分校的一份声明中解释说：“当你打碎一块拼图时，你预计它会在颈部，也就是最薄的部分分离。”“但我们没有看到这种甲虫出现那种灾难性的分裂。取而代之的是，它分层，为结构提供了一个更优雅的失败。“。

为了给甲虫争取更多的时间，叶片上有一层像砂纸一样的带刺涂层，在滑动过程中提供了一些但不是太多的阻力。

通过运行计算机模拟和打印这些结构的3D模型，研究人员能够复制这些保护效果，进一步强化了他们的假设。他们还基于同样的策略制造了一种紧固件，事实证明，它即使不是更好，也和传统的工程紧固件一样好。

普渡大学土木工程教授巴勃罗·扎瓦蒂耶里(Pablo Zavattieri)在一份大学声明中表示：“这项研究表明，我们或许能够从使用坚固易碎的材料转变为既结实又坚韧的材料，方法是在它们断裂时消耗能量。”“这就是大自然让这只凶猛的铁甲虫能够做到的。”

有了这些知识，工程师们也许能够制造出特别坚韧的材料，比如改进的飞机燃气轮机，这涉及到需要用机械紧固件固定在一起的金属和复合材料。事实上，我们并不总是需要重新发明轮子--通常，大自然已经相当优雅地解决了一个问题。

更正：这篇文章的前一个版本错误地说，Kisailus是普渡大学的教授；实际上，他在加州大学欧文分校工作。

实际上很有趣的是，缝合线克服了贝壳两半连接的接缝自然产生的弱点。接缝产生了一个应力提升管，通常会使贝壳更容易在那里“折断”(就像糖果条上的划线一样)。缝合线加强了这一区域，使融合的外壳更坚韧。电脑测试很有趣，因为我把做类似的测试作为我工作的一部分。