槍蝦科種類最大的特徵是兩隻螯不一樣大,其中的大螯可以有力地夾上,速度之快甚至可以使周圍的水瞬間加熱到近5000攝氏度的高溫。
著名的觀賞蝦類,槍蝦(snapping shrimps),在全世界大約有600多種,螯一大一小。它們生活在熱帶海洋的淺水區域,獵食時會將巨螯迅速合上,噴射出一道時速高達100km/h的水流,將獵物(如小魚、小蝦、小螃蟹等)擊暈甚至殺死。這樣高速的水流會發生氣穴現象(cavitation),形成一個極小的低壓氣泡,這些氣泡從發出到破裂只有十億分之一秒的時間,而且爆破的時候溫度會達到5000度(幾乎相當於太陽表面的溫度),聲音高達210分貝,所以它們很容易捕獲獵物。
當水壓恢復正常,氣泡崩裂併發出啪嗒的聲音。若一群槍蝦同時閉合它們的巨螯,發出的聲音足以讓潛水艇躲過聲納探測器的追蹤。
槍蝦科種類最大的特徵是兩隻螯不一樣大,其中的大螯可以有力地夾上,速度之快甚至可以使周圍的水瞬間加熱到近5000攝氏度的高溫。
那麼,這種小巧的物種是如何演化出一個能觸發空穴現象的大螯的呢?這其中需要什麼機關?一支國際研究團隊對槍蝦大螯的演化史進行了深入分析,發現問題的關鍵在於大螯的連線處。
根據近期發表於《當代生物學》(Current Biology)雜誌上的論文,研究這一特徵演化的問題在於“蝦螯閉合速度是否快得足夠產生空穴氣泡?”這意味著,研究者必須弄清楚槍蝦大螯的外形是如何緩慢演化,並在突然間獲得了打出氣泡的能力。
透過形態觀察和三維建模,科學家構建了槍蝦大螯演化的不同階段。一切都開始於“樞軸關節”,即只能使蝦螯開合的最簡單關節。其他蝦類很快演化出了滑動關節,即蝦螯有了既能扭轉又能前後移動的活動部分。槍蝦的另一隻螯就具有這樣的關節,但是不會產生氣泡或發出巨響。
最終,一些蝦類能將滑動關節張開並儲存能量,然後再快速合上,將能量釋放。這一機制不斷改進,最終使蝦螯閉合時能產生空穴氣泡。閉合速度最快的蝦類完全失去了滑動關節,而只是用一個能豎起來的樞軸關節來完成閉合操作。這一現象在兩個科的蝦類中獨立出現。
演化可以使動物出現一些非常奇特的新功能,但顯而易見的是,這些功能必須來自一些漸進的演化改變。
附加知識:超聲波“空化效應”是什麼意思?
在液體中傳播的超聲波能對物體表面的汙物進行清洗,其原理可用“空化”現象來解釋:超聲波振動在液體中傳播的音波壓強達到一個大氣壓時,其功率密度為0.35w/cm²,這時超聲波的音波壓強峰值就可達到真空或負壓,但實際上無負壓存在,因此在液體中產生一個很大的力,將液體分子拉裂成空洞。
此空洞非常接近真空,它在超聲波壓強反向達到最大時破裂,由於破裂而產生的強烈衝擊將物體表面的汙物撞擊下來。這種由無數細小的空化氣泡破裂而產生的衝擊波現象稱為“空化”現象。
這一偉大的發現給人類首先造福於人類的衛生事業,比如超聲波洗牙、超聲波清潔珠寶、超聲波清潔在工業消毒中的應用。