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Mar. 05 2019

身披盔甲的動物導師

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  • 犰狳鱗甲帶給人們研製彈性盔甲材料的靈感。PHOTOGRAPH BY NORBERT WU, MINDEN PICTURES/ NAT GEO IMAGE COLLECTION

  • 鐵錠甲蟲實在太過堅硬,因此工程師們決定著手研究牠們來建造戰場上更優良的戰車。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

  • 如同這隻在剛果民主共和國的長尾穿山甲(Phataginus tetradactyla)一般,穿山甲是唯一已隻具有鱗片的哺乳類。PHOTOGRAPH BY FRANS LANTING, NAT GEO IMAGE COLLECTION

從「防食人魚」的象魚到穿山甲,快來認識這些「甲鬼甲怪」們吧!

犰狳鱗甲帶給人們研製彈性盔甲材料的靈感。PHOTOGRAPH BY NORBERT WU, MINDEN PICTURES/ NAT GEO IMAGE COLLECTION

犰狳鱗甲帶給人們研製彈性盔甲材料的靈感。PHOTOGRAPH BY NORBERT WU, MINDEN PICTURES/ NAT GEO IMAGE COLLECTION

犰狳

國際自然保護聯盟(IUCN)的食蟻獸、樹懶與犰狳專家組(anteater, sloth, and armadillo specialist group)主席瑪麗耶拉.蘇博瑞那 (Mariella Superina) 在電郵中寫道,雖然仿間流傳著許多犰狳把子彈彈飛的報導,但這些生物其實並不防彈。牠們的外殼由長在皮膚中的骨質板(osteoderms,或稱皮內成骨)構成,這些骨板藉著疏鬆的相連方式保持了外甲彈性,同時外層還覆有角蛋白(keratin)這種構成毛髮、指甲與部分獸角的蛋白質成分。

她說:「這些外殼能讓犰狳藏身在多刺的灌木叢中,進而躲過掠食者。」不過像是狗或猛禽這一類的掠食者,依舊能輕易地破壞這層外殼。與其說犰狳的盔甲像是防彈衣,不如說它更像是硬殼行李箱吧。

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話雖這麼說,犰狳一節節的骨板仍啟發了蒙特婁麥基爾大學(McGill University)的研究人員。為了開發出一種保護性材料,他們將六角形玻璃板置於一種軟性基質上。與厚度相同的連續玻璃板相比,該材料的抗穿刺力提升了70%。

鮑魚

加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego)雅各工程學院(Jacobs School of Engineering)的馬克 .梅爾(Marc Meyers),自20年前便已開始師法生物來為美軍研發盔甲,他說:「這些溼黏的腹足類住在類似磚瓦結構(bricks and mortar structure)的外殼裡。」

鮑魚殼由數層碳酸鈣層板構成,每層只有人髮的兩百分之一寬,並以某種蛋白質作為「膠水」將其接著在一起。雖然碳酸鈣質地很脆,但鮑魚將其作為「磚頭」層層堆積,使外殼格外堅硬;而蛋白質則充當「泥水」的角色,讓層與層之間能相互滑動,使得外殼在吸收衝擊後不致損毀。

梅爾與團隊希望能更進一步了解鮑魚殼的結構如何發揮功效,藉此開發出更好的軍警用防彈衣。

象魚

梅爾如此形容這種巨型淡水魚:「象魚(arapaima)根本就是魚中戰艦。」象魚可以長到3公尺長。牠們不但無畏食人魚(piranha)的駭人利牙,還與牠們一同生活在亞馬遜的季節性湖泊中。

梅爾與他的團隊發現象魚的甲冑是由許多交錯的彈性鱗片組成,每片鱗片在表面的礦化層下方還堆疊了一層層的膠原蛋白。研究團隊將象魚鱗片鑲嵌在模擬魚類肌肉的橡膠上,並將食人魚牙齒安裝在工業打洞機中,接著讓機器往鱗片上打洞──他們發現儘管食人魚的牙齒能穿透第一層象魚鱗,但象魚身上平均可是有三層鱗片呢!

這些堅固但富有彈性的鱗片還提供了工程師在改良盔甲上的其他靈感。堅硬的外層可以抵禦掠食者咬穿鱗片,而膠原蛋白則在鱗片破裂前為劇烈衝擊提供了足夠的緩衝;至於鱗片表層的波紋,則有助於保持整體完整。

鐵錠甲蟲

分布在美國西南部與墨西哥的鐵錠甲蟲(ironclad beetles,幽甲亞科 Zopherinae)可是硬到連標本都無法用針固定到木板上,需要靠電鑽或鐵鎚才能穿透牠們堅硬的身體。其中某些物種在感到威脅時,會將六足與觸角猛然縮進甲殼上的特殊溝槽內,把沮喪的獵食者留在牠們超級堅硬的堡壘之外。

鐵錠甲蟲實在太過堅硬,因此工程師們決定著手研究牠們來建造戰場上更優良的戰車。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

鐵錠甲蟲實在太過堅硬,因此工程師們決定著手研究牠們來建造戰場上更優良的戰車。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

牠們厚實的外骨骼由幾丁質(chitin)構成,以惡魔鐵錠甲蟲(Nosoderma diabolicum)為例,這種多醣(polysaccharide)外殼足以讓牠毫髮無傷地承受車輛輾壓;而這外骨骼除了耐壓之外,也提供收集、引流與儲存水分的功能,能防止牠們脫水。

鐵錠甲蟲堅硬的外骨骼與靈活六足還激發了國防承包商英國航太系統公司(BAE Systems)的靈感,研發出更禁得起爆炸傷害的戰車懸吊系統。

 

穿山甲

蘇博瑞那描述:「穿山甲(pangolin)身上交疊著完全由角蛋白構成的大鱗板。雖然鱗片讓牠們看起來相當笨重──但對這些生活在亞洲與非洲的小可愛而言,卻完全不是這麼回事。」事實上,牠們是唯一已知具備真正鱗片的哺乳類,更被暱稱為「有鱗片的食蟻獸」。

Pangolin 在馬來文中的意思是「捲曲者」,這絕非浪得虛名。當穿山甲受到威脅時會把自己捲成一顆球,以鱗片作為堅固的外盔甲。

如同這隻在剛果民主共和國的長尾穿山甲(Phataginus tetradactyla)一般,穿山甲是唯一已隻具有鱗片的哺乳類。PHOTOGRAPH BY FRANS LANTING, NAT GEO IMAGE COLLECTION

如同這隻在剛果民主共和國的長尾穿山甲(Phataginus tetradactyla)一般,穿山甲是唯一已隻具有鱗片的哺乳類。PHOTOGRAPH BY FRANS LANTING, NAT GEO IMAGE COLLECTION

穿山甲由角蛋白構成的鱗片雖然相當輕巧,但拜角蛋白排列的方式所賜,它出乎意料地抗裂;而且當鱗片斷裂時,能引導裂痕遠離下方的軟組織。西北大學(Northwestern University)的科學家在2017年發表了一篇關於穿山甲鱗片結構的研究提到,人們對穿山甲鱗片的理解將有助於設計能使裂痕偏轉的人體盔甲。

梅爾說:「就連獅子也拿穿山甲沒辦法。」

 

延伸閱讀:最受走私商歡迎的哺乳動物 / 獅子 VS 穿山甲

DEC. 2020

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