说到皮皮虾,很多人都会把它和美食联系起来。然而,看似普通的皮皮虾其实是“武林高手”。
皮皮虾不是虾
皮皮虾又称虾蛄、螳螂虾、虾爬子,属于节肢动物门软甲纲口足目,在全球有400余种。而虾和蟹一样,属于软甲纲十足目。口足目与十足目的最大区别在于,虾蛄威力强大的捕捉足(也叫掠足)是由口部附肢(颚足)演化而来,而虾、蟹的螯是由头胸部附肢(步足)演化而来。此外,从外观上看,虾蛄的头部相对独立,而虾的头部和胸部是连在一起的。
威力强大的捕捉足
捕捉足是皮皮虾专门用来攻击的武器,而且只用来攻击,不做其他用途,可见口足目动物具有极强的掠食性。
皮皮虾的捕捉足分为两类:穿刺型和锤击型。我们在海鲜市场常看到的皮皮虾,它的捕捉足就是穿刺型,外形像螳螂臂,末端有很多尖尖的锯齿,便于将猎物刺穿抓牢。“重量级拳王”——雀尾螳螂虾的捕捉足则是一对“流星锤”,专门用来击碎贝类、螃蟹等猎物的硬壳。
皮皮虾的捕捉足威力究竟有多大?有实验表明,皮皮虾可以在三千分之一秒内将捕捉足由静止加速至80千米/小时,相当于子弹出膛的加速度。在力量方面,皮皮虾的最大攻击力度达1500牛顿左右,能把玻璃水缸打裂,而打出这样力道的皮皮虾“拳头”直径只有7毫米。在“出拳”的速度、力量上,皮皮虾的捕捉足都达到了动物界中的极限水平。
由于皮皮虾在攻击时释放的能量过高,我们可以在慢镜头下看到皮皮虾攻击瞬间产生的物理奇观:随着皮皮虾“一拳”打在猎物身上所发出的巨响,一道如闪电般耀眼的闪光出现在皮皮虾的捕捉足周围,这就是所谓的“声致发光”现象。
这种现象是如何发生的呢?究其原因,是皮皮虾攻击所释放的巨大动能瞬间转化为热能,将撞击界面的水汽化,形成一个空穴,空穴又迅速崩塌,释放出大量能量,而这一过程中有部分能量以光能的形式散失,形成闪光。这种攻击可使猎物表面瞬间达到太阳表面的温度。
究竟是什么使得皮皮虾的捕捉足拥有如此强大的威力呢?答案是“马鞍形双曲面”——皮皮虾捕捉足的肌肉驱动系统连接着一个小型的马鞍形弹性硬片,弹性硬片如弹簧一般,在皮皮虾准备攻击时会极度压缩,然后突然放开,将捕捉足以超高的加速度弹出,就像人们使用弓箭一样。
另一个重要问题是,皮皮虾在打出威力无比的“一拳”时,是如何保证自身完好无损的呢?其原因目前科学界尚无定论,其中一个观点是:皮皮虾的捕捉足表面结构也类似马鞍,使其有强大的机械强度,而表面的几层有机纳米材料又使其能迅速地吸收、引导能量。
有16种视锥细胞的火眼金睛
皮皮虾能成为软甲纲中最强大的猎手,除了它那极具威慑力的捕捉足,其强大的视觉系统也功不可没。
动物都是通过视锥细胞来感知颜色的。人类有3种视锥细胞,可以感知红、绿、蓝三原色,人脑会根据不同种类的视锥细胞传入信息的强弱,间接感知到光线中三原色的占比,由此形成各种颜色,而皮皮虾的视锥细胞达到了16种,让皮皮虾成为世界上能看到最多颜色的动物。
皮皮虾眼睛的神奇之处还在于它对偏振光的感知能力。自然光的振动方向包括垂直于光波传播方向的所有方向,具有轴对称性并且均匀分布,所以不具有偏振性,而偏振光的振动方向是特定的、不对称的。人类和大多数动物都无法直接看到偏振光,而皮皮虾可以。皮皮虾的16种视锥细胞中,有几种是专门用来感知偏振光的。这就意味着,皮皮虾的眼睛能像孙悟空的火眼金睛一样,轻易识破猎物的伪装。因为偏振光在特定物质上的传播方式是固定的,它不像自然光那样容易受到多种因素的干扰而产生假象,因此皮皮虾可以更加精确、有效地发现和识别猎物,这也是皮皮虾在捕猎时几乎“百发百中”的一个重要原因。
此外,皮皮虾的两只眼睛可以独立转动,同时看向两个不同的方向,这使得它们拥有更广的视野和更好的视觉灵活性。
可以说,复眼作为动物界中最复杂的眼睛,皮皮虾的眼睛已颠覆了所有生物学家对于节肢动物复眼的看法。
自带地图的大脑
虽然大多数节肢动物的大脑都不发达,结构很简单,但是也有少数例外,比如皮皮虾。
动物行为学家注意到一个奇怪的现象:生活在美国加州沿海等珊瑚礁繁多、海藻丛生的海域的雀尾螳螂虾(虾蛄的一种),经常会在远离洞穴的地方捕猎,然后以最短路径顺利回家。开始时,科学家简单地将其归功于皮皮虾强大的眼睛,认为它们和蜜蜂一样,也是利用太阳进行偏振导航。然而,进一步实验发现,原因并非如此简单。因为即使在水深约60米、看不见太阳的地方,或是在实验室里、在晚上出行时,它们也都能精准定位。这些研究结果表明,皮皮虾并没有完全依靠太阳的偏振导航,而是把周围的环境与地理位置联系起来,在大脑中形成一幅地图,就像信鸽一样来进行导航。
此外,皮皮虾的大脑还具有极强的语言沟通能力。科研人员在美国加州海底检测到了大量皮皮虾交流的音频,其复杂程度完全可以和人类及海豚相比。随后,人们又发现皮皮虾拥有一种极其惊人的能力:通过控制外骨骼(尤其是头部一对扇状附肢)上的纳米材料所反射出的偏振光等光波,进行“光语言沟通”,类似于科幻电影中的外星人的交流方式。