北美不会飞、长仅2厘米的甲虫，却能承受身体重3.9万倍的重量！

　　在科幻电影和小说中，外骨骼是一种司空见惯的东西。比如《阿凡达》里的Amp套装，钢铁侠的战衣，《明日边缘》里阿汤哥身穿的外骨骼机甲等等。而在现实世界里，人类关于外骨骼的研究可以说还在入门阶段，因为都太过笨重了。但实际上，动物界很多动物早早就装备了外骨骼，尤以节肢动物的外骨骼功能最为强大。其中北美有一种装备了外骨骼的甲虫，遭到汽车碾压、人类猛踩后依然安然无事。

　　这种甲虫就是“恶魔铁锭甲虫”。除了拥有自然界中最酷的名字之一外，还拥有动物界最坚韧的天然外骨骼之一。而发表于《自然》杂志上的一项新研究指出，一群科学家终于弄清楚了恶魔铁锭甲虫顽强背后的秘密，以及它们是如何在被汽车碾压后还能够生存的保护机制。

　　恶魔铁锭甲虫（Diabolical Ironclad Beetle），主要分布在北美西南部的沙漠。其外表如烧焦的小石头，颜色不如其他甲虫的那样艳丽，体长约2厘米。它们通常喜欢藏在岩石下和树皮下，以食真菌维生。与普通不同，恶魔铁锭甲虫不能飞行，为了免受鸟类、啮齿动物和蜥蜴等天敌的侵害，除了使用经典且有效的装死策略外，它们同时也演化出学界已知最坚硬的外骨骼来保护自己。

　　为了更好地了解恶魔甲虫及其耐用的外骨骼，来自加州大学河滨分校和普渡大学的研究团队收集了一批甲虫，先是进行了钢板压力测试，然后用光谱仪、扫描电子显微镜和电脑扫描技术，仔细研究恶魔铁锭甲虫的外壳结构。最后通过3D打印技术，模拟恶魔甲虫的硬壳结构证明理论。

　　那恶魔铁锭甲虫的外骨骼究竟有多强大？实验表明，恶魔铁锭甲虫可以承受150牛顿的外力（相当于15公斤），这是其体重的39000倍。这意味着不论是鸟类啄食还是蜥蜴的咬，或是被汽车辗过，恶魔铁锭甲虫都可以轻松拍拍屁股一走了之 。另外研究人员在试图用大头针将甲虫固定时，大头针都被它的外壳弄弯了。

　　事实上，恶魔铁锭甲虫的外壳不但特别坚硬，而且具有弹性。当外在压力实在太大时，外壳在某种程度进行拉伸而不是破裂。团队通过扫描发现，恶魔铁锭甲虫外骨骼由甲壳素 (chitin) 这种虾、蟹与其他昆虫也有的甲壳组成，当中含葡萄糖与蛋白质。不过恶魔铁锭甲虫的甲壳素明显有更多蛋白质，以重量比例计算比其他生物多约10%，使其外骨骼具备一定的弹性。

　　但其外壳坚硬的关键在于在于翅鞘 (elytra) 。翅鞘是飞行性甲虫坚硬的前翅，是用以保护用于飞行的、更精细脉状后翅。但生活在陆地的恶魔铁锭甲虫不会飞行，两个鞘翅进化出了不同的目的，即保护其内部器官而不是保护其翅膀。这样一来，它就比其他飞行性甲虫中的鞘翅目强得多。

　　更神奇的是，恶魔铁锭甲虫的翅鞘可提供两个层面的保护，外层防止甲虫进行多余动作保持外骨骼结构完整，内层的缝线还有分层(delamination)；遭受压力时，连接结构会缓慢彼此拉开，分散能量防止弹性变形。有点像老祖宗发明的鲁班锁，内部运动一环紧扣一环。虽然在作用力过大的情况下，内外层的结构可以完全瓦解，但是这种环环紧扣结构的断裂过程速度更慢、更平缓，也意味着恶魔铁锭甲虫即使在外壳失去保护功能后还可以爬走，相当于多了一张“替死卡”。总的来说，铁锭甲虫的外壳在外力作用下会进入刚中带柔、柔中带刚的刚柔并济状态。

　　加州大学分校材料科学家基萨卢斯（David Kisailus）表示：“当您解开拼图时，会期望在凹陷的最薄位置分开。但是我们在恶魔铁锭甲虫外壳结构上看不到这种灾难性分裂。相反，其各层外骨骼块剥离，令外壳受损时出现的裂缝更为轻微。”

　　而普渡大学土木工程学教授帕勃罗·扎瓦蒂泰里(Pablo Zavattieri)表示：“这项工作证明透过让材料碎裂时分散能量，可让坚固的脆性材料转变为既坚固又坚韧的材料。这就是大自然使那恶魔铁锭甲虫做到的事。”他补充表示，希望进一步研究恶魔铁锭甲虫的外骨骼结构，协助开发更耐用的材料以克服工程学上的问题。如研发出更安全的飞机引擎，其中涉及需要与机械紧固件固定在一起的金属和复合材料。确实，我们并不需要总是重新发明轮子，大自然通常早有了答案。

　　最后，恶魔铁锭甲虫的外壳如此坚韧，还会有天敌吗？养过甲虫的同学都知道，甲虫的成长是需要经历多次蜕变，蜕变时期毫无防备能力。再者，生物链从来都是,相互依存、相生相克。