皇家赌场hj883官网:独角仙和工匠精神,就打什么样的架

(kusu/译)当长剑在13世纪第一次投入使用时,骑士主要用它们来砍对手的链甲。但自从板甲出现在战场上,这些削砍就变得无关痛痒。这时,执剑者不得不将自己的武器刺入空隙和薄弱环节——这种新的作战方式需要另一种剑——长剑演变得更长,更窄,更尖。用来使旧式长剑变轻并变强的凹槽被替换成了加强刚性的剑脊。用于切削武器变得更利于扎刺。

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猫猫狗狗的尾巴大家可能见得多了,但你知道,海马的尾巴长什么样子吗?

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皇家赌场hj883官网,上周一共有三个小伙伴在三个平台提问:微信私信、朋友圈、微博,内容分别是蛞蝓(盐盐螺)、双叉犀金龟(独角仙)、平角涡虫(一种像鼻涕的海生动物)。所以今天想科普也没有啥好选择的,就是这三种女生觉得有点点恶心的东东。

皇家赌场hj883官网 1左图:吻海马(Hippocampus
reidi
)骨骼的显微CT图像,其中品红色标示的是脊椎。右图:海马尾部骨骼的横切面,红黄蓝绿4种颜色标示4个L型骨板。比例尺:左:10mm;右:2mm。图片来源:研究论文

蒙大拿大学的艾琳·麦卡洛(Erin
McCullough)研究发现,类似的趋势在个头小些但同样令人印象深刻的武装战士——犀金龟中也同样存在。顾名思义,这些孔武有力的大型昆虫的雄性头上有着精致的角。在许多动物中,雌性择偶取决于雄性装饰性结构的大小和形状。但在犀金龟中,情况可不是这样——它们的角纯粹是武器,用来将雄性对手抓、扔、推下树杈及树干,力图控制接近雌性的机会。

蛞蝓,就是俗称的鼻涕虫,在江南的童年里,他叫盐盐螺。我们在厨房、卫生间等潮湿的地方常常可以看到。不过我们看到的都黑黑的比较难看(我就不放图了)。其实蛞蝓的品种有很多很多,颜色也是五彩缤纷,尤其是海生蛞蝓。俗称海兔,不论颜色还是形状都让人惊叹大自然的鬼斧神工。

一如它们在鱼类中堪称奇葩的长相,海马也有着与大多数动物不同的尾巴结构——它们尾巴的横截面是方形的。4个一组的L型骨板环绕成方形的尾部形态,保护着中间的脊椎。跟圆形的比起来,这样方形截面的尾巴有什么特别?在最新一期的《科学》(Science)杂志上,美国克莱门森大学的迈克尔·波特(Michael
M. Porter)及其团队破解了其中奥秘\[1\]

皇家赌场hj883官网 2长戟大兜虫。图片来源:Didier
Descouens

ps:蛞蝓味道不错的,法式红酒蜗牛吃过吧,他跟蜗牛是表兄弟。

“我是在加州大学圣迭戈分校的团队中开始海马研究的,当时我所在的团队研究的是一系列具备装甲功能的生物材料——而海马恰恰满身‘装甲’,所以我们起初是对它的骨骼进行研究。”波特对科学人说,“有了一定了解后,我开始对它的尾部更感兴趣。”据他介绍,在整个动物界中,只有海马、海龙等极少数类群演化出了方形的尾巴。而他们的研究发现,这样的尾部结构能帮助海马更好地抵抗外界的挤压和扭曲,并提高海马尾巴的抓握能力。

每种犀金龟都有自己独特的头部结构,以及不同的战斗方式。其中,体型最大的长戟大兜虫(Dynastes
hercules
)拥有巨大的,从背上向下弯的角和一个从头部弯向上的角。它看起来像一只离开身体的螯,嗯,战斗时也像——雄性用全身钳着它们的对手,将它们从自己的枝杈上掀起来,并把它们扔在地上。它可以举起850倍于自身重量的物体,曾保持着世界上最强的动物的称号,记录直到最近才被其他动物破掉。

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皇家赌场hj883官网 4我是一只海马,我有一条犀利的方尾巴。图片来源:Michael
M. Porter/Clemson University

长臂竖犀金龟(Golofa
porteri
)有更窄的角,并带有锯齿状边缘。它用它的角抬起和推开对手,跟“摔跤手”长戟大兜虫比起来,它更像是击剑选手。还有在漫画和动漫中备受大家喜爱的双叉犀金龟(Trypoxylus
dichotomus
,“独角仙”),它有一个向上弯曲、顶端分叉的角。在战斗中,它会尝试将角端铲到对手身下,将对手抬起并扭离树枝。

香蕉蛞蝓,陆生,据说可以长到半米长,世界第二大蛞蝓。雌雄同体,交配时看谁先咬断对方的小鸡鸡,输的变成小“受”

首先,波特对海马尾部的弯曲能力及骨板结构进行了观察。构成海马尾巴的骨板越靠近尾侧越小,使海马可以把它的尾巴平滑地弯曲成一个对数螺线,在近尾尖处达到最大的曲率。经过测量,波特发现海马的尾巴末端能向腹侧弯曲多达850°,而向背侧及两侧的弯曲程度也分别可达290°和570°。海马每片骨板的大小、倾斜角度及彼此交叠程度都能影响它弯曲的能力。

皇家赌场hj883官网 5犀金龟角的形态与其战斗风格。A:双叉犀金龟;B:长戟大兜虫;C:长臂竖犀金龟。箭头表示战斗中的主要受力情况:绿色:扭曲;红色:垂直弯曲;蓝色:横向弯曲。图片来源:David
J. Tuss.

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根据海马尾巴骨板的细节,波特3D打印出了海马的方尾巴模型,并同时也虚拟地构建了相应的圆尾模型加以对比。“3D打印使我们得以模仿自然界中存在的奇妙设计,也同时可以构建自然界尚未发现的全新模型,我们可以把这些模型互相比较,来为工程设计提供灵感,也对生物的一些演化历程给出解释。”

麦卡洛发现这些角的形状和结构与每个甲虫的战斗风格完美地结合在一起。每种角都能抵抗那种犀金龟在打斗时最常受到的力,但是如果换成其他的使用方式,角会有折断或者弯曲的危险。正如长剑一样,角的形态和功能也是相对应的。

大西洋海神蛞蝓,美丽到无法言表

经过3D打印模型的对比,海马的方尾结构呈现出更好的抗压能力:在面对外界的冲击时,骨板能发生侧滑,从而吸收冲击力,更好地保护脊椎。在极限情况下,海马的方型骨板可以变形多达接近50%而不对脊柱造成永久伤害。

这些研究的结果很难经过直接的实验证实的——你不能把一只犀金龟送到一个新的“道场”,训练它修习新的“武术”,再看看它表现如何。但是麦卡洛用一种叫有限元分析(finite
element analysis ,
FEA)的技术做到了类似的事情。有限元分析是一种数码碰撞测试,通过扫描物体建立一个三维立体虚拟模型,然后在这个物体上施加你所需的力。工程师们用这个技术模拟车辆和障碍物之间的碰撞。生物学家用它来模拟捕食者的颚和猎物之间的咬合冲击。麦卡洛则用这个技术来模拟甲虫之间的格斗。如果一种犀金龟用另一种犀金龟的战斗方式与对手格斗会发生什么?通过这项技术,她能在电脑中观察到结果。

双叉犀金龟,也就是我们常说的独角仙,又叫兜虫。广泛分布在全国各地。独角仙最大的特点是体积相对其他昆虫来说非常巨大,而且还不咬人。所以作为宠物饲养非常合适。尤其在台湾和日本,是非常热门的宠物。关于益虫还是害虫的区别我觉得只要是数量超过大自然的容量了,就算对人类有益也是害虫,如果数量少于正常的标准,那即使他吃了很多粮食,那也不能说他是害虫。

快速撞击对海马方尾模型(Square Prototype)和圆尾模型(Cylindrical
Prototye)的形变影响测试(慢镜头)。视频来源:研究论文

结果是……角表现得很差。例如,如果你用一个扭曲力来对付双叉犀金龟,它能很好地抵抗这个力——虚拟模型呈蓝绿色,说明角受到的机械应力较小。但是要是用这个力对付其他两个种类的甲虫,虚拟模型会呈亮红色甚至白色。在现实中,角可能就断裂了。通过这三个例子,麦卡洛发现这些犀金龟实际使用角的方式,正是最不容易让角断裂或者弯曲的方式。

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在弯曲能力方面,方尾模型和圆尾模型相差不大,不过由于方尾模型提供了更大的横截面周长,从而扩大了与外界的接触面积,使得海马的尾巴在弯曲抓握时呈现出比圆尾更强的抓握能力。此外,圆尾模型的最大扭曲角度可达30°,而方尾模型只有约15°,这样相对较窄的扭曲范围也可以更好地保护海马抵抗外界扭曲力的伤害。

皇家赌场hj883官网 8犀金龟角在按典型风格战斗时更强韧。A到I分别代表运用有限元模型分析得到的双叉犀金龟(A-C)、长戟大兜虫(D-F)、长臂竖犀金龟(G-I)的角在承受垂直力(A/D/G)、水平力(B/E/H)和扭力(C/F/I)下的冯米斯应力分布及最大压力值。灰框圈出为每种犀金龟典型战斗方式下的情况。越暖色表示角受到的冯米斯应力越大,即角断裂的可能性越大。图片来源:McCullough
et al.

双叉犀金龟,最常见的独角仙,夏天的夜晚常常可以在树丛里找到,他的幼虫我就不发了,可以自己谷歌下:蛴螬

海马方尾模型和圆尾模型的弯曲、扭曲性能测试。视频来源:研究论文

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