想到毒蛇那锋利且有毒的咬合，以及黄蜂那刺痛的蛰刺，这些都是让万圣节变得如此阴森恐怖的原因之一。它们让我们毛骨悚然是有充分理由的，因为数千年的进化已经让大多数人类深深地恐惧爬行动物，比如蛇和蜘蛛，这主要是因为它们的咬伤所带来的威胁。
然而，这些令人恐惧的尖牙、毒刺、棘刺是动物用来保护自己的生物工具，并且可以帮助人类开发出更“防刺穿”的材料。在今天发表在《英国皇家学会界面杂志》上的一篇新论文中，一个研究团队详细介绍了一个模型，该模型可以计算穿刺过程中能量学，或者说穿刺动作背后的能量是如何工作的。
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“这个想法是为了建立一个量化的框架，以便比较各种生物穿刺系统，”领导这项研究的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校进化、生态学和行为学教授菲利普·安德森（Philip Anderson）在一份新闻稿中说。“这项研究的最初问题是如何衡量这些不同的系统，使它们具有可比性。”
动物和植物使用各种穿刺策略来刺杀猎物或防御捕食者，包括蜜蜂的蛰刺和蛇的咬合。然而，研究人员表示，即使是那些使用相似策略或工具的，也可以定制这些工具以满足其特定需求和不同的目标。
“例如，在蝰蛇中，有些咬食哺乳动物，这意味着它们必须刺穿皮肤包裹的软组织，而有些则以爬行动物为目标，爬行动物有鳞片，更坚硬，更难刺穿，”研究生物穿刺系统力学和能量学的安德森说。
另一方面，寄生蜂可能会利用它们的产卵管（一种用于产卵的管状器官）来帮助它们钻透毛毛虫的表皮，但也能穿透水果甚至木材。
“预测生物系统的特性是一个具有挑战性的问题，”参与这项研究的博士后研究员张丙阳（Bingyang Zhang）在一份新闻稿中说。
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为了开发一个可应用于多种生物系统的模型，张丙阳确定了在计算穿刺过程中能量学时必须包含的关键因素。这些因素包括动能（或运动）在穿刺工具使用过程中的变化，以及目标材料的特性，例如它是鳞片状的爬行动物还是毛茸茸的哺乳动物。
新的模型正在被用于帮助更好地理解像蝰蛇尖牙、魟鱼刺和寄生蜂产卵管这样的穿刺生物。
“如果我们知道穿刺工具造成的损伤的形态或形状，我们就可以使用这个模型来预测在穿刺过程中消耗了多少能量，”张丙阳说。“或者我们可以预测材料的不同特性，例如它的断裂方式，这将在工程和生物学应用中都有用。”
