这些甲壳类动物通过长出巨大的螯来攻击对手

多长点“壳”是有好处的。
a small crab raises its large claw in the air
对某些蟹类和虾类来说,便宜的武器也能派上用场。Deposit Photos

招潮蟹和枪虾依赖巨大的螯来震慑同类或与之搏斗——武器越大,赢得配偶的可能性就越大。但巨大的附肢会消耗大量的能量。

“这是一种持续的、缓慢消耗能量的过程,”杜克大学生物学博士候选人杰森·丁(Jason Dinh)说。

然而,丁发现这些甲壳类动物已经发展出了一种无需消耗过多能量就能“壮大”的诀窍。在检查了招潮蟹和两种枪虾的螯后,丁观察到,较大的螯相比较小的螯含有更多的外骨骼和更少的软组织。甲壳素,作为节肢动物外骨骼的主要成分,比肌肉、神经和血液“维护成本”低得多。

“事实证明,它们能够承担这些(代谢)成本的一种方式是廉价地打造它们的武器:与昂贵的肌肉相比,它们在廉价物质上的投入不成比例地更多,”丁说,他于2月8日在《生物学通讯》(*Biology Letters*)上报道了这一发现

虾和蟹可能不是唯一采用这种策略的生物。在整个动物王国中,动物们依靠各种各样的武器来威慑对手,从爪子到角、獠牙和鹿角。丁说,一般来说,体型较大的个体比同物种体型较小的个体拥有更多的备用能量,这意味着它们可以长出构成其整体体重更大比例的沉重武器。

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这种差异在招潮蟹身上尤为显著。雄性招潮蟹用一只巨大的螯来吸引雌性,并与其他雄性争夺领地和配偶。体型小的蟹的螯只占其体重 35%,而体型大的蟹的螯占其体重的一半以上。

“这就像一个拳击手套占你体重的一半,”史密森尼热带研究所(Smithsonian Tropical Research Institute)的进化生物学家乌马特·索姆吉(Ummat Somjee)说,他没有参与这项研究。“这是一项非常、非常极端的投资,它们如何能够维持生理机能来维持这些结构,这长久以来一直是个谜。”

另一方面,枪虾的武器使用方式不同。丁说,雄性和雌性都有一个巨大的螯,可以产生自然界中最快的运动之一。

“它们基本上将螯打开,然后迅速合拢,它们的螯会射出一股水流,移动速度极快,并能将水流后面的一个小区域煮沸,”他说。“当那个气泡破裂时,会发出巨大的响声。”

丁和他的合作者从北卡罗来纳州的盐沼和牡蛎礁收集了数百只招潮蟹和枪虾,并称量了已死亡甲壳类动物的身体和螯的重量。然后,丁将螯暴露在一种能消化包括肌肉在内的软组织,但保留外骨骼的酶中,再次称量。他解释说,“这让我们能够将这些动物的质量分解为昂贵的消化软组织和成本较低的未消化硬组织。”

在所有三个物种中,随着螯的增大,它们所含的硬外骨骼比例增加,软组织比例减少。“差异非常显著,”丁说,他指出,最大的雄性招潮蟹的螯的肌肉质量比例不到小螯的一半。

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丁还发现了证据表明,虽然体型大的个体更容易长出超大的武器,但即使是体型小的甲壳类动物也可以从投资低维护成本的外骨骼中获益。除了一个物种的雌性枪虾外,那些拥有比其体型平均水平更大的螯的个体,往往将更少的软组织挤进夸张的武器中。

巨型螯可能可以吓退同类甲壳类动物,但它们令人印象深刻的不仅仅是其巨大的尺寸。在招潮蟹中,尽管肌肉比例较小,但大螯比小螯的夹力更强。

对于枪虾来说,超大螯是否带来任何权衡还有待观察。为了产生超快的运动,这些甲壳类动物像弹簧一样使用它们的螯。“肌肉只是用来给弹簧充能;真正合拢螯的是弹簧本身,”丁说。他目前正在调查拥有夸张武器的枪虾和蟹是否确实是更成功的战士。

在未来的研究中,丁希望调查其他种类的动物中,这种巨大且能量消耗低的武器有多普遍。索姆吉说,新报告中描述的螯符合他在多种昆虫中所观察到的规律模式

“这可能是一种相当普遍的现象,”索姆吉说。“并不是说这些动物能够投入这些大的性状并且为此付出高昂的代价,而是它们找到了廉价的方式来拥有真正大的性状。”

 

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Kate Baggaley

特约撰稿人,科学

Kate Baggaley自2017年以来一直定期为《大众科学》撰稿。她经常报道自然、气候和COVID-19大流行,但也报道了科学的许多其他方面,包括太空、古生物学和健康。她对鸟类、深海生物以及各种美丽的爬行动物情有独钟。


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