科学家揭开铁定甲虫外壳“坚不可摧”的秘密

时间：2020-10-23 16:13:42 来源：作者：网络转载

　　据外媒CNET报道，铁定甲虫的外骨骼是动物界最坚硬的外骨骼之一，甚至能经受住被汽车的碾压。科学家们现在认为他们已经知道其中的原因。在本周三发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员揭开了铁定甲虫惊人的抗压能力的秘密，并展示了新的超强韧材料如何利用甲虫的生物学优势。

　　乍一看，这种甲虫给人留下了深刻的印象：黑乎乎、凹凸不平的外骨骼，看起来有点像一块烧焦的石头。但在它平凡的外表下，却隐藏着一些结构上的奇迹，是由进化而来。许多种类的甲虫都能飞行，它们的翅膀被包裹在鞘翅中—— 一种保护性的坚韧外壳中。飞行对甲虫来说是一种很好的防御机制，使它们能够躲避捕食者，但铁定甲虫没有翅膀，经常装死，依靠它的外骨骼来保证安全。

　　“铁定甲虫是一种陆生甲虫，所以它的重量不轻，速度不快，但建造得更像一个小坦克，”加州大学尔湾分校材料科学与工程教授、该研究的合著者大卫-基赛勒斯在一份新闻稿中说。这种甲虫的外骨骼非常坚韧，甚至给希望展示它们的昆虫学家带来了一些问题--很难将一根针穿过铁甲。

　　为了研究这些“小坦克”，研究小组的一名成员Jesus Rivera捕捉了甲虫，并将它们带回实验室。首先，研究人员发现甲虫的外骨骼可以承受大约150牛顿的力量--是其体重的39000倍。其他三种陆生甲虫的承受力只有其一半。

　　但为什么这种特殊的外骨骼会如此强大呢？研究小组使用一种名为微计算机断层扫描的3D成像技术来观察这种甲虫，这种技术的工作原理就像整个生物体的X光。他们重点研究了铁甲虫的外骨骼。

　　铁甲虫有鞘翅可能看起来很不寻常。毕竟它是一种不能飞的地栖甲虫。但它是由一种曾经会飞的甲虫进化而来，它的外骨骼的强度取决于它的外骨骼。它们以最非凡的方式融合在一起，形成了一条蜿蜒曲折的缝合线。

　　研究人员形容它就像拼图的碎片，连接在一起。将两块拼图锁在一起，可能的失效点就在拼图的“联锁”处。但在高倍显微镜下研究联锁关节，并使用计算机模拟，团队没有看到任何灾难性的失败。联锁关节似乎还能撑得住，将应力传递到整个区域，而不是裂开。这很重要--它保护了甲虫的颈部。此外，铁甲虫的鞘翅的化学成分与飞行甲虫略有不同。它似乎混有较高浓度的蛋白质，这可能会增加昆虫的韧性。

　　研究人员进一步研究了这种外骨骼的几何形状如何能够开发出更坚韧的材料。他们从甲虫的联锁关节处吸取了教训，并创造了一些碳纤维拼图片，以测试现实世界应用中的机械强度--航空航天工程中使用的紧固件。

　　“这项工作表明，我们或许可以从使用强而脆的材料转变为通过在断裂时耗散能量而使材料既强又韧的材料，”普渡大学土木工程师、该研究的共同作者Pablo Zavattieri说。

　　【来源：cnBeta.COM】

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