打不過的蝦（你可能還不如一隻蝦）

2023-04-18 04:54:56 1

說到蝦，人們首先想到的就是餐桌上的

椒鹽蝦、白灼蝦、清蒸蝦……

蝦除了好吃之外

有些種類還具有爆表的戰鬥力

今天的主角就是它們：

槍蝦

螳螂蝦

○原圖片來源：左，互動百科用戶：solier；右，Roy L. Caldwell。

江湖傳說

槍蝦「開槍」打殘小螃蟹

螳螂蝦「出拳」擊碎水族箱

二者皆得「蝦派氣功」真傳

各立門派，行走江湖

下面，讓我們來了解一下，「蝦派氣功」的兩位傳人，以及它們的神功。

槍蝦

槍蝦（Pistol Shrimp），又叫鼓蝦、嘎巴蝦，是鼓蝦科（Alpheidae）的總稱，其中包含一千多種蝦，絕大多數在熱帶海洋的淺水區域挖洞生活。

槍蝦的身長通常只有5cm，可以捧在手心裡（但沒人敢）。它有一隻大螯和一隻小螯，大螯的長度超過身長的一半，是槍蝦打獵用的「槍」；小螯則是槍蝦吃飯用的「筷子」。

○槍蝦大螯的結構。(a) 大螯打開，d為大螯的可活動部分，其上有凸起p，另一側有與之吻合的凹陷s；(b) 大螯閉合時，凸起p插入凹陷s，將其中的水沿圖中所示溝槽擠出，箭頭標示水流方向。圖片來自Phoevos Koukouvinis et al.

槍蝦的大螯具有如上圖所示的特殊結構，迅速閉合時，能射出速度高達115km/h的水流。

根據伯努利定律，液體流速越大，壓強就越小。

而壓強越小，水越容易沸騰。想想看，在平原地區，大氣壓約為100kPa，水100℃沸騰；而在高海拔地區，比如西藏拉薩，海拔3658m，大氣壓強65kPa，水在88℃就會沸騰。

槍蝦射出高速水流產生的低壓足以讓水在常溫下沸騰，產生氣泡，氣泡可以生長到1cm長。

但是當氣泡流入流速慢、壓強大的水中，會被快速壓扁，發生內爆，放出衝擊波。

傳說中的「蝦派氣功」，指的就是氣泡從產生到消失的全過程，學名叫做：

「空化作用」

○槍蝦開槍，釋放「蝦派氣功」，歷時2.7ms，約為1s的四百分之一，此動圖為4050倍慢放。從圖中可以看到，大螯閉合瞬間，一個大氣泡開始向右側生長，隨即從右端開始被壓扁，向內爆炸，消失的瞬間又激發出無數個小氣泡。圖片來自Michel Versluis et al.

「蝦派氣功」的殺傷力主要來自衝擊波，它是物體運動速度超過音速的結果。

在氣泡收縮的過程中，氣泡表面的水向氣泡內運動的速度，隨著氣泡體積變小而無限增大，直到超過氣泡中的音速，放出衝擊波，造成小範圍爆炸傷害。

當衝擊波擴散出去，會在周圍產生高達218dB的聲音（大於槍擊、火箭發射），就算獵物僥倖躲過了爆炸傷害，也會被巨大的響聲震暈。

槍蝦是當之無愧的水下第一槍手，卻偏偏有一個致命的弱點：它瞎（準確來說是眼神不好）。

所以槍蝦通常會和它的好基友——「蝦虎魚」保持共生關係。槍蝦能打，負責打獵、幹仗以及挖洞；蝦虎魚眼神好，負責望風。

槍蝦把觸鬚搭在蝦虎魚身上，蝦虎魚一旦發現危險，就擺動尾巴讓槍蝦知道，然後這二位就立刻躲進洞裡……

○槍蝦和蝦虎魚。原圖來自Melev's Reef。

既有本事，又有靠山，槍蝦也並非無敵。江湖險惡，出來混總是要還的。

如果作為武器的大螯因外力脫落怎麼辦？繳械認栽嗎？

不。做蝦總要留一手：失去的大螯會重新長出來，只不過新長出來的是小螯；而與此同時，原來的小螯會長成大螯。

正所謂真正的槍手，兩隻手都能拿槍。

還有一些槍蝦因為罕見的意外長出兩個大螯，可以說是雙槍老太婆本婆了。只是沒有了吃飯的筷子，應該也很不方便吧……

螳螂蝦

螳螂蝦

俗稱皮皮蝦

其實不是蝦

螳螂蝦（Mantis Shrimp），又叫蝦蛄、皮皮蝦，是口足目（Stomatopoda）生物的總稱。在生物分類學意義上，螳螂蝦和其他蝦的親緣關係，甚至不如其他蝦和螃蟹的關係近。

在此我整理了一下各種常見蝦類的分類：

○常見蝦的分類，僅列出了槍蝦、螳螂蝦以及部分常見蝦類所在的類別。

可以看出，槍蝦是真蝦中的真蝦（而且是真的瞎），可謂是根正苗紅；而螳螂蝦那微乎其微的蝦族血統，根本無法在蝦界立足。

如果比拼出身的話，螳螂蝦完敗。

但是，螳螂蝦走自己的路，用實力說話。

螳螂蝦身長大多在10cm左右，人類發現的最大的一隻有46cm！首先在體型上就佔優勢。

螳螂蝦按攻擊方式分為兩類：

第一類：「舞矛者」，擁有一對和螳螂爪一樣的附肢，攻擊方式和螳螂一樣，這應該就是「螳螂蝦」名號的來源。食用皮皮蝦屬於這一類。

第二類：「粉碎者」，它不是蝦就算了，也和螳螂沒有半點相似之處……它也有一對用來攻擊的附肢，但末端是重錘，或者叫「拳頭」……

○看，砂鍋大的拳頭！「粉碎者」螳螂蝦的代表——「雀尾螳螂蝦」的正面照。圖片來自Silke Baron。

粉碎者類型的螳螂蝦，可謂是走最野的路子，學最強的技能：蝦派氣功。

它出拳的速度高達83km/h，擊中獵物時可產生1500N的力。

這還沒完，擊中的瞬間，拳頭與獵物由快速靠近突變為快速分離，在中間形成低壓，觸發空化作用，產生氣泡，氣泡內爆釋放衝擊波，對獵物造成二次傷害。

○螳螂蝦版本的「蝦派氣功」。空化氣泡清晰可見。圖片來自BBC Earth Unplugged。

所以說，螳螂蝦的攻擊模式是：一拳，緊接著一個波，自帶連擊。

況且，螳螂蝦可不是只有一隻拳頭……它的兩隻拳頭可以同時出擊。

○慘遭螳螂蝦雙拳重擊的小螃蟹……身上有兩個大洞。圖片來自Smarter Every Day。

被它擊中的獵物，就算氪了金，有4條命，也死了。

如果和槍蝦比拼攻擊力，螳螂蝦至少有3倍的優勢。如果再考慮到直接出拳攻擊和貼身衝擊波的殺傷效率要高於槍蝦的隔空衝擊波，螳螂蝦的優勢就更大了。

憑藉碾壓一切的攻擊力，螳螂蝦在體型相近的生物中沒有對手，吃東西都專挑螃蟹、蛤蜊之類帶殼的敲碎了吃，見玻璃敲玻璃，見石頭敲石頭……

但是，你以為螳螂蝦也像槍蝦一樣，是個看也看不清，上來就一通亂錘的莽夫？

事實恰恰相反。螳螂蝦是人類已知的一切動物中，眼睛結構最複雜，眼神最犀利的崽。

○螳螂蝦的凝視，來自Alexander Vasenin。

人類這種弱渣只有紅綠藍3種感光細胞，而螳螂蝦有12~16種不等，不但可以看到人類能看到的顏色，還能看到深紫外光和遠紅外光。

螳螂蝦有兩隻複眼，每隻分為上中下3部分，每一部分都可以獨立成像。所以，每隻眼自身就能根據各部分的成像，分辨物體的距離遠近。

此外，螳螂蝦是目前已知範圍內僅有的能用眼睛檢測偏振光的生物。

螳螂蝦靠自己的超強視覺偵察敵情、鎖定獵物，已是綽綽有餘，所以它不需要任何夥伴，是一位獨來獨往的冷面殺手。

○冷面殺手螳螂蝦，配備了致命武器、超強視覺和七彩炫光皮膚。原圖片來自Bored Panda。

換一種思路：擁有七彩炫光皮膚的螳螂蝦，眼神不可能差。畢竟，如果眼神不好，穿漂亮的衣服連自己都取悅不了。

實際上，人類從螳螂蝦的七彩炫光皮膚中只能看到夢幻般的感覺，而不能看清它的真面目。能看清的只有螳螂蝦的同類。

擁有超強視覺和炫光皮膚，讓螳螂蝦生活在一個人類永遠無法理解的奇幻世界。

所以說，要想變強，不如先換套皮膚。

蝦派氣功秘籍

前面已經介紹了兩位「大蝦」和它們的「蝦派氣功」，它們的殺傷效果都依賴於氣泡內爆產生的衝擊波。

○《七龍珠》中的「龜派氣功」，又叫「神龜衝擊波」。

實際上，「蝦派氣功」，也就是空化作用的奧妙遠不止於衝擊波。

在氣泡縮到最小，即將消失的瞬間，氣泡內部的溫度可以達到5000K以上，要知道，太陽表面溫度才5800K。但是由於氣泡太小，並不能顯著改變周圍水體的溫度，更無法燒傷獵物。

此外，氣泡消失的瞬間還會發出微弱的光。2001年，Michel Versluis等人發現了這種發光現象，非常不走心地將其命名為「蝦光現象」。我個人更傾向於把它叫做：

「蝦閃」

○《死神》中的「虛閃」。

這種光過於微弱，只能用精密的儀器來探測，無法用肉眼觀察，更沒有閃瞎獵物的作用。但是，在目前人類的認知範圍內，能藉助空化作用發光的動物，只有槍蝦和螳螂蝦兩種。

由於蝦派氣功過於炫酷，我研究了一下該怎麼練……

總的來說，蝦派氣功的關鍵就是一個字：

速度

槍蝦和螳螂蝦如何實現如此快的速度？

是特殊的肌肉？骨骼精奇？

我打了一個響指

似乎明白了些什麼

○打響指。圖片來自Marvel。

在打響指的準備階段，大拇指與中指相互擠壓，阻止中指的運動，讓肌肉儲存能量，中指離開大拇指時，肌肉中儲存的能量釋放，驅動中指加到足夠快的速度，在擊打手掌時發出響聲。

如果一開始不用大拇指阻止中指運動，沒有儲存能量的環節，直接用中指敲擊手掌，可以試一下，是不會響的。

槍蝦快速閉合大螯、螳螂蝦快速出拳，同樣是能量儲存與釋放的道理。

下面以某一種槍蝦的大螯為例：

○某種槍蝦大螯的肌肉結構示意圖。圖中綠色部分為活動趾。小白點為活動趾轉動的支點。cm表示用於閉合大螯的肌肉，由紅色部分和金色部分組成，附著於活動趾上小黑點處；om表示用於打開的肌肉。圖片來自Tomonari Kaji et al.

這種槍蝦的大螯最特殊的地方在於，它的活動趾既能旋轉，也能滑移，而且，當大螯完全打開的時候，很大一部分閉螯肌肉（金色）收縮產生的效果反而是張開大螯。此時，這一部分肌肉收緊，儲存能量，大螯保持張開。

蓄能完成後，剩下的閉螯肌肉（紅色）收縮，讓活動趾稍稍向閉合的方向轉動，並向下滑移，使得用金色標出的那部分肌肉收縮的效果轉變為閉合大螯。

於是那些肌肉（金色）中已經蓄滿的能量開始釋放，大螯快速閉合。

在這個過程中，閉螯肌肉中的金色部分相當於上膛的子彈中的火藥，儲存著能量；而紅色部分相當於扳機，觸發了能量的釋放。

好了，蝦派氣功的原理大概知道了，那麼具體怎麼練呢？

欲練其功，先觀其形。

一位研究螳螂蝦多年的小姐姐為我們提供了很好的範本：

○Kate Furby博士對皮皮蝦進行靈魂模仿。圖片來自Physics Girl。

在漫長的生物演化過程中，槍蝦和螳螂蝦習得了蝦派氣功，從此成為蝦界霸者，在江湖立於不敗之地，但是……

○炒皮皮蝦，圖片來自自然志。

吃，或被吃。

這大自然的法則，幾十億年來從未改變。

好吃的靈魂，早晚會發光。

主要參考資料：

http://stilton.tnw.utwente.nl/shrimp/

https://en.wikipedia.org/wiki/Alpheidae

https://en.wikipedia.org/wiki/Mantis_shrimp

http://m.sohu.com/a/159772805_711271/?pvid=000115_3w_a

Kaji, T., Anker, A., Wirkner, C. S., & Palmer, A. R. (2018). Parallel saltational evolution of ultrafast movements in snapping shrimp claws. Current Biology, 28(1), 106-113.e4. doi:10.1016/j.cub.2017.11.044

Koukouvinis, P., Bruecker, C., & Gavaises, M. (2017). Unveiling the physical mechanism behind pistol shrimp cavitation. Scientific Reports, 7(1), 13994-12. doi:10.1038/s41598-017-14312-0

Franc, J., & Michel, J. (2004;2005;). Fundamentals of cavitation. Dordrecht: Springer. doi:10.1007/1-4020-2233-6

來源：費米科學編輯：重光

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