广东大亚湾海洋生态系统国家野外科学观测研究站
科学普及皮皮虾会武功：你有螳螂拳，我有尾护盾
作者: 大亚湾站 更新时间: 2024-05-14
本文转载自公众号 任天
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动物界充满了各种各样的物理冲击，比如竞争的公羊会用羊角相互碰撞，射水鱼会用水柱击落昆虫。当你拥有世界上冲击力最强的武器时，你最好确保自己也具有最坚韧的护甲。虾蛄就深谙此道。
▲虾蛄具有很强的领地意识，在打斗时会将尾节作为盾牌，抵御对手的高速“拳击”。图/ www.neilsmithillustration.co.uk；译/ 任天
虾蛄是一类以“超能力”著称的小型海洋动物。它们的眼睛有12到16种颜色受体，而人类的眼睛只有3种；它们还能探测到偏振光；它们的“出拳”速度极快，甚至与子弹的加速度相当。无论对猎物、捕食者还是竞争者，它们都会使用这种攻击方式。
加州大学圣巴巴拉分校的生态学家帕特里克·格林（Patrick Green）对虾蛄展开了研究，以了解它们如何抵御同类的“重拳出击”。他发现，尽管虾蛄盔甲般的外壳能提供重要的保护，但它们的战斗姿态也很重要，能帮助它们额外吸收20%的冲击力。这项研究发表在近期的《实验生物学杂志》（Journal of Experimental Biology）上，凸显了行为观察对理解动物形态学的重要性。
虾蛄是软甲纲口足目（Stomatopoda）物种的通称，英文常称为mantis shrimp，即螳螂虾。虾蛄的捕猎通常可分为“锤击型”和“刺穿型”，格林在研究中所用的学名为Neogonodactylus bredini 的新指虾蛄，便属于擅长击打的锤击型。
在虾蛄中，竞争者在争夺居所的过程中会互相高速击打对方的尾节（telson），研究者将这种行为称为“尾节拳击”（telson sparring）。之前的研究发现，虾蛄的外骨骼对撞击有很强的承受力，能像沙袋一样吸收部分冲击。但是，这些研究观察的是放在实验台上的甲壳，而在自然打斗中，虾蛄会将尾节蜷在身体前方，就像一面盾牌。格林等研究者想了解的是，这种使用尾节的行为会如何改变虾蛄接受撞击的方式？
▲在打斗中，虾蛄会以尾节卷曲的方式抵御冲击。图中右侧个体正将尾节（白实线）卷曲起来，而左侧个体正走出洞穴，其掠足（raptorial appendage，又称捕猎附肢）和眼睛用白色虚线标出。图/ Roy Caldwell
格林将这些具有很强领地意识的甲壳动物成对放在一起，并拍摄了它们之间的争斗，“它们几乎立即开始互相攻击”。他以每秒3万至4万帧的速度拍摄虾蛄打斗的画面，这大约是传统摄像机拍摄速度的1000倍。
通过分析虾蛄互相接触前后的附肢运动，格林计算出了它们互相传递了多少能量。再通过分析虾蛄尾节在冲击前后的运动，就能计算它们每次击打所耗散的能量。
通过计算，格林发现，虾蛄尾节卷曲时消减的能量（约90%）超过了仅凭其甲壳材料特性所能吸收的能量（约69%）。“把盔甲举离地面应该能让你消散更多的能量，我认为这是说得通的，”他说，“可以想想拳手在受到拳击时的身体移动。”
▲虾蛄的攻击速度非常快，以至于它们身体前方的小团水体会被短暂气化。对于挨打的虾蛄，其尾节是十分有效的防御盾牌。图/ Patrick Green
有趣的是，只考虑附肢运动的情况，与将附肢和尾节运动一起考虑的情况，得出的结果是不同的，表明这其中还有一些细微差别需要理清。
接下来，格林将继续研究虾蛄的盔甲和战斗力。全世界有超过400种虾蛄，它们的尾节形态各异，有着令人难以置信的多样性，“有些看起来像凹凸不平的盾牌，有些则像扁平的铲子”。不同虾蛄物种的打斗激烈程度也各不相同，格林猜测，虾蛄的行为差异与其形态之间可能存在关联。
▲虾蛄尾节卷曲角度示意图。图/ P. A. Green, 2024
从大角羊到大齿猛蚁，许多动物都要应对冲击巨大的撞击。“当我们试图了解动物如何应对撞击时，我们既要考虑它们使用的结构（如甲壳），也要考虑它们如何使用这些结构，”格林说，“这项研究有助于我们将行为与形态学联系起来，更好地理解动物如何驾驭它们的打斗。”
Journal Reference:
P. A. Green; Behavior and morphology combine to influence energy dissipation in mantis shrimp (Stomatopoda). J Exp Biol 1 May 2024; 227 (9): jeb247063. doi: https://doi.org/10.1242/jeb.247063