螳螂虾是一类多样的掠食性甲壳动物，以其能独立活动的奇特眼球而闻名，遍布世界各地。但各种螳螂虾都有一个共同点：它们拥有相当惊人的打击力量。事实上，螳螂虾能够产生一些有记录以来最快的肢体运动，速度高达每小时50英里，如同呼啸而过。在一项于4月29日发表在《实验生物学杂志》上的新研究中，一个研究团队检查了这些微小的幼年螳螂虾的惊人能力，它们体型不超过一粒米。
“我们在生物学中到处都能看到这些机制，”首席作者Jacob Harrison说，他是杜克大学的生物学博士生。“你在跳跃的昆虫中能看到它们，在枪虾中能看到它们，在捕虫蚁中能看到它们，在青蛙中也能看到它们。”
Harrison说，通过这项研究，团队希望能弄清楚这种能力在螳螂虾身上何时首次出现，以及幼年螳螂虾是否能比成年螳螂虾打击得更快。目前的数学模型表明，体型较小的生物应该能产生更快的加速度。团队还想知道幼年螳螂虾的“打击”速度与其他类似体型的生物的移动速度相比如何。
为了完成它们的“打击”，螳螂虾使用一种称为“锁扣介导的弹簧驱动”的机制，这个过程是将储存在弹簧中的能量释放出来。合著者Sheila Patek，杜克大学的生物学教授，以射箭为例解释道。“你可以用手臂扔一支箭，但它不会飞很快，”Patek说。“然而，如果你用手臂肌肉将能量输入到弓的变形中，你就可以在材料中储存大量的能量。” 当锁扣（在这种情况下是你的手指）松开时，弓中的能量就会发射箭。对于螳螂虾来说，过程是相似的——当它们的“锁扣”肌肉放松时，就像你的手指松开弓弦一样，它允许储存的能量释放，并推动它们的前肢向前。
所有螳螂虾物种都使用这个系统，但方式不同。有些物种被有趣地称为“锤击者”——它们生活在珊瑚礁的岩石下，以蜗牛等硬壳猎物为食，然后用锤子状的附属肢将它们砸碎。另一些则被称为“长矛手”，它们倾向于钻入地下，用一种内置的长矛伏击鱼类和鱿鱼。然而，在这一切之前，它们都会经历各种幼体阶段，一度漂浮到开阔的海面上，短暂地以透明的浮游生物身份生活，然后再沉回海底，直至成年。
Harrison是这项研究的主要负责人，这是他博士研究的一部分。他在夏威夷瓦胡岛上采集了一个野生菲律宾螳螂虾（Gonodactylaceus falcatus）的卵簇。他在实验室里饲养这些小虾，将卵放在一个速度摇动台上，以保持水的运动，就像给螳螂虾准备的摇篮一样。
研究人员发现，在第四个幼体阶段——此时螳螂虾幼体漂浮到水面成为浮游生物——“我们才开始看到这种（打击）行为，”Harrison说。研究人员特别兴奋的是，因为在这个阶段动物是完全透明的，“你可以看到所有肌肉的收缩，以及所有机制的运作。”但他补充说，即使使用最先进的技术，用相机捕捉到如此微小的细节也是一项挑战。最终，他们不得不将个体粘在一根牙签上，然后用另一根牙签戳它们，以引发防御性打击。
该研究的发现表明，尽管幼体打击速度很快——平均约为每小时0.9英里——但并没有预期的那样比成年体更快。“对于如此微小的生物来说，这是极其高的速度和加速度，但仍然没有达到你可能期望的那么高，”Harrison说。然而，它们比其他类似体型的物种的整体速度快五到十倍。Harrison推测，如果这些幼年螳螂虾远远超过它们的猎物，那么“可能就没有加快速度的选择压力了。”
他还说，总有可能在自然环境下和不同情况下——例如，如果幼年螳螂虾使用的是攻击性打击，而不是防御性打击——它们的移动速度可能会更快。
“这是一项非常棒的研究，”伊利诺伊大学综合生物学教授Andy Suarez在一封发给《大众科学》的电子邮件中写道，他没有参与这项研究。“我们对动物体内储存能量机制的了解，几乎全部来自于少数几个物种的成年体。这项研究通过检查螳螂虾幼体（体型小得多）的弹簧加载系统，增加了这方面的知识。” Suarez还指出，这项研究的发现可以帮助工程师设计微型高速机器人或手术工具等设备。
“这是理解材料如何产生极快运动的一个非常有趣的领域，”Patek说，“以及动物如何规避物理极限。”
