大家知道吗，我们身边看似普通的蚂蚁可以咬住比它们体重高得多的东西，这背后原因在哪呢？为了解答这一问题，科学家们利用先进显微镜进行了深入研究，他们发现许多节肢动物，如蚂蚁、骆驼蜘蛛、蝎子和鬃虫，它们的下颚中注入了锌和锰等硬金属，以便在切割树叶或叮咬猎物时，赋予它们锋利的“牙齿”超强的力量。
“劳作”中的蚂蚁1，图片源自互联网
01神奇的小动物
一般来说，小动物在咬人、螫刺或割伤时没有大动物有那么大的力量，这算是一个常识。通常的经验法则是：如果一种生物比另一种生物长10倍，同时两个生物的肌肉和它们的身体大小成比例的话，那么更大的生物就可以施加倍的力。
“劳作”中的蚂蚁2，图片源自互联网
但是，上述规则似乎并不适用于蚂蚁、蝎子和蜘蛛等小动物，因为它们虽然个头很小，但是却拥有惊人的力量完成各种壮举：比如用毒刺穿透坚硬的表面，或者切开相对坚硬的叶子。它们之所以能做到这一点，部分原因是因为它们有着极其锋利的“牙齿”，能够以相当小的力量穿透坚硬的表面。其诀窍是他们在用“牙齿”咬东西的时候，可以将较小的力集中到非常小的区域内，从而起到四两拨千斤的奇效。
“忙碌的”蝎子，图片源自互联网
但是，这些生物的一生似乎并不总是拥有这些锋利的“牙齿”。科学家研究表明：随着时间的推移，他们的尖牙、毒刺或下颚会逐渐磨损。以切叶蚁为例，它们“牙齿”的锋利度会随着时间的推移而下降，这使得年长的蚂蚁比年轻的蚂蚁更努力地切割相同的叶子。对于依赖锋利“牙齿”来劳作的小生物体来说，上述磨损可能是致命的，通常来说磨损情况可能足以决定它们的寿命的长短。
02“牙齿”背后的秘密
俄勒冈州大学物理学家罗伯特·斯科菲尔德一直对利用物理学更好地理解生物学非常感兴趣，以至于早期他自己也不能确定自己是生物学家还是物理学家，最后他还是选择了后者。在攻读博士学位期间，在他的帮助下，他们团队成功发明了一种使用原子探针层析成像的显微镜。
“劳作”中的蚂蚁3，图片源自互联网
在最近发表在《科学报告》上的一项研究中，斯科菲尔德和他的同事描述了他们如何使用这种原子力显微镜来建造微型试验机，以更好地理解蚂蚁等小动物们咬伤和刺痛的机理。他们检查了切叶蚁（Attacephalotes）、泥鳅虫（Neanthesbrandti）、蝎子（Hadrurusarizonensis）、蜘蛛（Araneusdiadematus）等物种的下颚、毒刺和其它工具。研究结果发现这些生物的工具中含有大量的锌和锰，其中蚂蚁的下颚含有高达16%的锌，蝎子的毒刺中，锌含量更是高达20%。类似锌和锰这样坚硬的材料有助于这些生物保持足够锋利的工具，以切割树叶或刺穿猎物的坚硬外壳。
“劳作”中的蚂蚁4，图片源自互联网
斯科菲尔德团队发现，锌还使它们的刺或下颚更加坚硬——这是一个重要因素，有助于在切割和穿刺的压力下保持锋利。他们还计算了用含锌和锰的毒刺刺穿硬材料所需的力，发现与用其他材料制成的生物外骨骼的毒刺相比，刺穿硬材料所需的力大不相同。测量结果显示：当添加锌时，蚂蚁的“牙齿”硬度也会增加，像铝一样坚硬；如果没有锌，蚂蚁的“牙齿”就和塑料一样硬。斯科菲尔德认为，他们团队检查的毒牙和毒刺代表了一种全新的结构生物材料。
03结语
科学家们通过对看似不起眼的生物——蚂蚁、蝎子和蜘蛛等的研究，发现了它们强大的“牙齿”背后的秘密，也向我们揭示了一种全新的结构生物材料，这对于我们人类来说何尝不是一种启发——我们可以据此发明全新的结构材料，用于需要锋利工具的场合，到底哪些场合呢？大家可以留言讨论。#匠心创作奖#
材料科学打开未知之门，图片源自互联网
我是国纳科技酱，技术背景资深运营，百家匠心计划签约创作者，百家榜及优选计划上榜创作者，扎根空净/新材料/节能环保领域二十年，用冷静、专业视角给你带来不一样的科学认知。
重要声明：此处所发表的文章是作者国纳环境酱原创作品，版权归国纳环境酱所拥有，图片来自互联网。转载请标明原创作者及出处！
推荐阅读：
最新研究：不仅仅是气溶胶，奥密克戎还可通过物表传播，长达七天
《Nature》点名WHO：为何用了两年时间才承认新冠病毒可空气传播
包装新冠病毒阳性事件频发，背后原因到底是什么？如何应对？
新冠病毒大解密：它是如何打开“入侵之门”的，为何易传播？