螳螂虾幼崽用超强的力量击打猎物

螳螂虾是一类食肉性甲壳类动物，它们的眼睛奇形怪状，可以独立移动，遍布世界各地。但不同种类的螳螂虾都有一个共同点：它们的动作非常凶猛。事实上，螳螂虾的肢体运动速度是有史以来最快的，速度快如飞毛腿，约为每小时 50 英里。在 4 月 29 日发表在《实验生物学杂志》上的一项新研究中，一组研究人员在体型不及米粒大的螳螂虾幼虫身上研究了这种惊人的能力。

“我们在生物学的各个方面都看到了这些机制，”主要作者、杜克大学生物学博士生雅各布·哈里森 (Jacob Harrison) 说道。“你可以在跳虫中看到它们，在虾中看到它们，在陷爪蚁中看到它们，在青蛙中也看到它们。”

哈里森表示，通过这项研究，研究小组希望弄清楚螳螂虾何时首次出现这种能力，以及螳螂虾幼崽的攻击速度是否比成年螳螂虾更快。目前的数学模型表明，体型较小的生物应该产生更快的加速度。研究小组还想知道，与其他体型相似的生物相比，螳螂虾幼崽的“攻击”速度如何。

为完成“出拳”，螳螂虾使用了一种名为闩锁介导弹簧驱动的机制，即释放弹簧中储存的能量的过程。杜克大学生物学教授、本文共同作者希拉·帕特克说，想象一下射箭时发生的情况。“你可以用手臂扔箭，但速度不会很快，”帕特克说。“然而，如果你用手臂肌肉将能量转化为弓的变形，你就可以在材料中储存大量能量。”通过闩锁（在本例中为手指），弓的能量将箭发射出去。对于螳螂虾来说，这是一个类似的过程——当它们的“闩锁”肌肉放松时，就像你的手指在弓上放松一样，储存的能量得以释放，并推动它们的前肢向前。

所有螳螂虾物种都使用这种系统，但方式不同。有些物种被称为“粉碎者”，它们生活在珊瑚栖息地的岩石下面，寻找蜗牛等硬壳猎物，然后用锤状附肢将它们砸开。其他物种被称为“矛手”，倾向于钻入地下，用一种内置的矛伏击鱼和鱿鱼。然而，在这一切之前，它们各自经历了不同的幼虫阶段，一度漂浮到开阔的海洋中，作为透明的浮游生物短暂生活，然后再漂浮回来，进入成年期。

哈里森领导了这项研究，这是他博士研究的一部分，他从一只生活在夏威夷瓦胡岛野外的菲律宾螳螂虾（学名Gonodactylaceus falcatus）雌性身上采集了一窝卵。他在实验室里养育了这只小虾，将卵放在一个高速振动台上，以保持水的流动，​​有点像螳螂虾摇篮。

研究人员发现，在第四幼虫阶段——螳螂虾幼虫浮上水面并变成浮游生物时——“我们第一次看到这种 [拳击] 行为，”哈里森说。令研究人员特别兴奋的是，因为在这个阶段，这些动物是完全透明的，“你可以看到所有的肌肉收缩，你可以看到所有的机制在运作。”但他补充说，即使使用最先进的技术，用相机捕捉到这个极其微小的细节也是一个挑战。最后，他们不得不把个体粘在一根牙签上，然后用另一根牙签戳它们，引发防御性的一拳。

研究结果表明，尽管幼体攻击速度很快（平均约 0.9 英里每小时），但它们的速度并不像预期的那样快于成年体。“对于如此微小的生物来说，这些速度和加速度非常高，但仍然没有你想象的那么高，”哈里森说。然而，它们比其他体型相当的物种的整体速度快 5 到 10 倍。哈里森推测，如果这些小螳螂虾比猎物攻击力强得多，“可能是因为没有选择压力让它们跑得更快。”

他表示，在自然环境和不同情况下，也总是有可能的——比如，如果螳螂虾幼虫采取的是攻击性攻击，而不是防御性攻击——它们可能会以更高的速度移动。

“这是一项非常酷的研究，”伊利诺伊大学综合生物学教授安迪·苏亚雷斯 (Andy Suarez) 在给《大众科学》的电子邮件中写道，他没有参与这项研究。“我们对动物体内这些储能机制的了解几乎全部来自少数物种的成年个体。这项研究通过检查螳螂虾幼体中的弹簧加载系统，进一步加深了我们的了解，螳螂虾幼体体型要小得多。”苏亚雷斯还指出，这项研究的发现可以帮助工程师设计微型高速机器人或手术工具等产品。

帕特克说：“这是一个非常有趣的领域，可以了解材料如何产生极快的运动，以及动物如何突破身体极限。”