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無敵の裝甲 — 惡魔鐵甲蟲

學    名:Phloeodes diabolicus (LeConte, 1851)

英    名:Diabolical ironclad beetle、D.I.B

別    名:惡魔鐵錠甲蟲、邪惡鐵甲蟲

科    名:瘤擬步行蟲科 (Zopheridae)

分    布:墨西哥、加州與下加州的加州植物區(California Floristic Province);棲居在充滿落葉堆與腐木的森林底層中。

生態習性:加州植物區(California Floristic Province)是位於北美洲太平洋沿岸的地中海型氣候植物區,與地中海盆地等冬季多雨、夏季乾旱的氣候區具有獨特的植物區系特徵,這個特殊的地方,也棲息著世界上最特殊的昆蟲之一:惡魔鐵甲蟲,科學家稱牠們身上的鎧甲為目前自然界最堅硬的材料之一。

惡魔鐵甲蟲在分類上為鞘翅目=>擬步總科=>瘤擬步行蟲科的昆蟲,翅鞘非常厚實,所以牠們沒有飛行能力,平常躲在腐木堆或樹皮下,以各種真菌類為食,成蟲壽命可達八年,這比一般甲蟲都還長壽;然而生物學家顯然對牠們的生活習性興趣不大,描述並不多,更感興趣的是其堅不可摧、超級堅硬與極具韌性的外殼。

2015 年,Jesus Rivera專門拍攝了一個非常不尋常的科學實驗。在一個陽光普照的停車場的柏油路上,他把一隻斑駁的黑色甲蟲放在泥土枕頭上,然後讓一位同事開著一輛Toyota Camry碾過牠,而且是兩次。一般認為除非操作錯誤,否則幾乎所有昆蟲經過輾壓都會被壓扁而且明顯死亡,而這個名為「Phloeodes diabolicus」的物種顯然沒有,本來Jesus Rivera也以為牠已經死亡了,結果牠居然只是裝死,而且毫髮無傷。

惡魔鐵甲蟲有著世界上最堅硬的外殼,而且是全世界所有生物中最堅韌的,沒有之一,根據實驗室的測試,牠們的身體可以抵抗高達150牛頓的施力而不會被壓扁,這等同於牠們自身體重的三萬九千倍,具體來說,惡魔鐵甲蟲本身可以承受約15公斤左右,是其他類似甲蟲的2倍以上,但相比卻是約一個70公斤的成年人被壓在20多頭藍鯨的重量下且存活下來,而一般的甲蟲可能用不到一半的力量被壓扁死亡了。

形態特徵:小型甲蟲,最大體長僅有1.8~2公分左右,體色為黑色或灰黑色,全身很粗糙沒有反光,看起來就像是一塊石頭或者小糞球,身上布滿突起的小疣粒,翅鞘上排有6~8個黑色斑塊,前翅鞘非常堅硬,後翅已退化,不具飛行能力,胸部前端靠近頭的兩端突起,觸角鞭節明顯,腹部的凹槽可以用來收納肢體裝死。

這些圖像顯示了惡魔鐵甲蟲(左上)以及它的腹部(上中和右)如何包含內部結構(下),該結構具有榫卯般的關節(左下),使其具有令人難以置信的抗壓能力。 — 影像來自來自加州大學爾灣分校(UC Irvine)

超強身體的奧秘:據說,惡魔鐵甲蟲一開始被注意到有堅硬的外殼,是因為製作標本的時候發現標本針扎不過去,繼續用力扎的結果就是昆蟲針彎了,但甲蟲本體居然沒有損傷,最後只好用鑽洞的才能在殼上鑽一個洞,這引起了生物學家對惡魔鐵甲蟲的興趣。

研究發現,原來惡魔鐵甲蟲的外骨骼富含蛋白質,而且內角質層比其他類似甲蟲更厚,其鞘翅以類似榫卯的結構巧妙的融合在一起,如同鎖子甲一般,這使得牠們能夠承受超高重力而不爆裂,另外,牠們的橫向支撐還有3種獨特的類型:交叉型、閉鎖型和獨立型。其中交叉型的結構是最堅固的部分,閉鎖型、獨立型則缺乏牢固連接。關節在相互配合的過程中,交叉支撐負責抗壓,保護甲蟲的重要器官免受傷害,另外兩種則讓外骨骼更容易變形。

科學家認為,利用顯微鏡、光譜學與機械測試,針對惡魔鐵甲蟲外骨骼結構的研究,可以應用在許多仿生設計上,例如已經製作出來的金屬複合材料接頭,惡魔鐵甲蟲的構造比當前使用的連接材料更安全、可靠,未來更可運用於航太科技中的渦輪等固件,但在使用前仍需進行材質壓縮、扭轉等性能測試,而研究成果發表於學術期刊《自然》中,科學家更提到,在其他生物上的骨骼、牙齒和貝殼中,也發現不少具有特殊機械性能的天然材料,而且無論是韌性、強度及自癒能力上,這些性能都是傳統工程材料永遠無法辦到的。

 

※惡魔鐵甲蟲科學實驗影片:

 

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