为何螳螂虾能产生太阳表面的温度，它自己却一点事没有？【月诚故事】

February 10, 2023

标题： 《为何螳螂虾能产生太阳表面的温度，它自己却一点事没有？【月诚故事】》

今早的知乎热榜上，暂时没有人气相对集中的热议话题。当前排名第一的榜首话题是《都说螳螂虾能产生太阳表面的温度，那为啥它一点事没有，不是应该直接烤没了吗？ - 知乎》，截至目前，该话题暂时只有一百多人参与讨论。

根据评论区当前排名第一的知乎 2021 年度新知答主“瞻云”的科普回答，“很多人小时候，都玩过这个东西吧：[图片]。打火机内的电火花发生器，产生的电压高达20000V，也没听说谁被它电死了。螳螂虾出拳时，其实可以产生2万℃的高温，远远高于太阳表面的温度。它之所以不会伤害自己，其实和电火花发生器不能电死人一样： 虽然小尺度能量密度很高，但总量能量太低了，作用范围十分有限。 孔雀螳螂虾一拳的力量，高达400~1500N[1]，足以击碎贝壳，击断螃蟹的大鳌。[动图]。……。如此短的时间，如此高的加速度，螳螂虾是如何做到的？其实，螳螂虾的出拳，类似于弩机的发射。……。总的来说， 能量对物体的破坏程度，主要看能量密度。而破坏范围有多大，主要看能量总量。 对于螳螂虾自身来说，虽然它的拳头受到的能量冲击密度最高，但很明显在古老的进化旅程中，它们的拳头进化出了至少能承受十几，甚至几十Mpa的能力。而对于1焦耳的总能量来说，自然也不会对它的整体造成什么危害。参考：1. Patek S N, Caldwell R L. Extreme impact and cavitation forces of a biological hammer: strike forces of the peacock mantis shrimp Odontodactylus scyllarus[J]. Journal of Experimental Biology, 2005, 208(19): 3655-3664. 2. Flannigan D J, Suslick K S. Plasma formation and temperature measurement during single-bubble cavitation[J]. Nature, 2005, 434(7029): 52-55. 3. Leighton T G. Derivation of the Rayleigh-Plesset equation in terms of volume[J]. 2007.”

有网友“阴阳人销毁中心”提问到，“为什么它的锤没碎呢？”。答主“瞻云”回复说，“因为结构特殊，分三层结构：类似骨骼的外层（抗击打）+螺旋状纤维（缓冲）+条纹状纤维（稳固保护）”。另一位网友“若星若星”回复说，“锤子里有特殊的亚结构。有具体论文的”。

那么既然螳螂虾它的锤没碎，那么能否在普通机动车辆前后，也安装这种特殊亚结构的防撞抗击打，或能量吸收的缓冲保护装置呢？

在百度学术上搜索关键词“螳螂虾”。根据中国科技核心期刊 2022 年的一篇文章《[1]黄晗, 闫庆昊, 向枳昕,等. 基于虾螯的仿生多胞薄壁管耐撞性分析及优化[J]. 吉林大学学报：工学版, 2022(003):052.》描述，“……薄壁管结构作为吸能结构，被广泛应用于汽车、船舶和航空航天等领域。……近年来，随着工程仿生技术的发展，结构设计中引入了仿生元素。研究人员借鉴自然界中生物结构优异的力学性能，开展了吸能结构的仿生设计和耐撞性研究。。……由于薄壁结构的仿生设计相对新颖，因此针对这种结构的耐撞性研究较少。本文运用结构仿生学原理设计了具有‘人’字形单元的仿生多胞薄壁管，对其轴向和斜向耐撞特性进行了有限元仿真分析，探讨了结构参数对其耐撞特性的影响。采用复杂比例评价方法、基于元模型的多目标优化方法和多目标粒子群优化算法获取了仿生薄壁管的最优结构尺寸。1.1　薄壁管仿生设计。 自然界生物经过长期进化，自身结构表现出优异的力学特性。 雀尾螳螂虾（见图1（a））在捕食过程中，其高度矿化的虾螯结构（见图1（b））能够缓冲猎物的反作用力，并吸收冲击能量［12］。试验表明［13］，虾螯能承受的最大载荷为1500 N，呈现出优异的高强、止裂、耐冲击等特性。研究人员发现［14］，虾螯抗冲击区域结构中存在‘人’字形微单元，如图1（c）（d）所示，微单元用高度A和宽度λ进行表征。[图片a:雀尾螳螂虾]、[图片b:虾螯]、[图片c:虾螯微单元]、[图片d:虾螯抗冲击区域]、[图片e:仿生薄壁管]……。……”

不难看出，其实在工程仿生学等领域，早已经有了许多这样的工程试验与研究。

评论区当前排名第二的知乎生物学话题下的优秀答主“Dr.Hu”回答说，“都说打喷嚏能产生一两百公里的时速，那为啥人一点事没有，不是应该直接被吹飞了吗？马马虎虎一个道理。（有些）螳螂虾的前肢有特化的弹簧-门闩结构[1]，让它们可以像弓箭那样蓄力然后一下子把力量释放出去，实现超快的出拳速度——快到在水下形成了空腔，然后空腔坍缩的时候就可以形成高温的火花[2]。科学家估测说类似的空腔坍缩最高可能达到两万开（20,000 degrees Kelvin）[3]，而一般认为太阳表面大概不到六千开，于是就有了螳螂虾的灵光波动拳温度比太阳还高的说法。[gif动图]。……。……参考: 1. Steinhardt E, Hyun NP, Koh JS, Freeburn G, Rosen MH, Temel FZ, Patek SN, Wood RJ. A physical model of mantis shrimp for exploring the dynamics of ultrafast systems. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Aug 17;118(33):e2026833118. doi: 10.1073/pnas.2026833118. PMID: 34389671; PMCID: PMC8379920. 2. Patek SN, Caldwell RL. Extreme impact and cavitation forces of a biological hammer: strike forces of the peacock mantis shrimp Odontodactylus scyllarus. J Exp Biol. 2005 Oct;208(Pt 19):3655-64. doi: 10.1242/jeb.01831. PMID: 16169943. 3. Flannigan DJ, Suslick KS. Plasma formation and temperature measurement during single-bubble cavitation. Nature. 2005 Mar 3;434(7029):52-5. doi: 10.1038/nature03361. PMID: 15744295.”

需要注意的是，前两位高赞答主的参考文献基本上是一致的。因此想要了解更多的研究细节，还可以直接去查找并阅读一下相关原文。

简单来说，螳螂虾的锤子可并不简单。根据答主“趟Jolly”的回答，“……另有研究显示，雀尾螳螂虾的每一次出拳实际上会产生两次打击，第一次来自双螯本身的冲击力，约在400-1501牛顿之间。而更厉害的第二次打击来自初始冲击速度产生的空化气泡，这些气泡爆炸可产生高达504牛顿的力。而且在气泡爆炸时会释放大量的热量，使温度短暂升高到接近太阳表面的温度（约为6000℃），在这夸张温度下能进一步给对手造成破甲伤害。这一切在0.8毫秒内就完成了。螳螂虾的锤子表面有三层特殊纳米结构。能够吸收冲击力、防止龟裂，比人类已知的任何结构都有更好的抗冲击性。这玩意要是做成防弹衣、外层防护，裹严实了能趟着雷区走了。……”

回到榜首话题。截至目前，该话题依旧只有一百多人参与讨论，实际人气热度并不算高。换句话说，今早暂时没有人气热度相对集中的热议话题。

最后的最后提前预告一下。今天是个人“坚持练习写作100天计划”的第 1597 篇文章，也是距离第 1600 篇《100天写作》练习计划完成的倒数第 4 篇文章。作为一个以观察、学习和研究自媒体写作为目的的非营利个人写作练习计划，“坚持练习写作100天计划”有开始的一天，自然也有计划完成的一天。感谢大家这段时间以来的关注与陪伴！

微博头条文章作者：<strong>【月诚故事】</strong>

微信公众号：<strong>【月诚故事】</strong>自媒体运营小白的成长日记

联系邮箱：messages (à) intorich (.) com