本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點。
當一隻迷人的母鹿款款走過時,雄鹿需要準備好與同類搏鬥,以爭取與她交配的機會。為了與其他的雄鹿戰鬥,這些反芻動物進化出了一些高度特化的附屬物:鹿角,鹿角必須既堅韌(以吸收衝擊力),又堅硬(以贏得推撞戰)。
英國約克大學生物系的約翰·柯里在一份準備好的宣告中說:“製造既堅硬又堅韌的東西非常困難,但似乎決鬥的鹿早在很久以前就解決了這個問題。”乾燥的骨骼會碎裂在這樣的壓力下,之前的測試表明,當潮溼時(像體內骨骼一樣),鹿角在實驗室強度測試中表現不佳。那麼它們是如何做到的呢?
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為了更多地瞭解這些令人印象深刻的鹿角以及它們如何成為最佳的戰鬥工具,研究人員收集了赤鹿(Cervus elaphus)的骨骼和鹿角樣本,並在一年中的不同時間在實驗室中進行測試。“鹿角看起來好像是乾燥的,但沒有人知道它們在用於戰鬥時是否真的是乾燥的,”領導該研究專案的柯里說。
柯里和他的團隊發現,這種精密工具的秘密確實在於鹿角的水分含量。在發育的早期階段,雄鹿的鹿角相對潮溼,但隨著時間的推移,覆蓋它們的茸皮脫落,水分含量似乎會下降到室外相對溼度。該小組發現,到夏末交配季節來臨時,雄鹿的鹿角已經相當乾燥。
“我們已經確定,在鹿角被認真使用的那一年裡,它們幾乎已經達到了它們能達到的最乾燥的程度,”這篇論文的作者寫道,該論文於11月27日在《實驗生物學雜誌》上線上發表。
研究人員測試了40毫米長的乾燥鹿角和溼潤鹿股骨樣本,發現鹿角幾乎與骨骼一樣堅硬且不易彎曲。但令他們驚訝的是它的韌性。透過對鹿角中部施加壓力,研究人員發現鹿角比溼骨韌性高2.4倍。在進行鈍器衝擊測試時,鹿角能夠承受擊碎股骨六倍的力。
關於該物種的鹿角在發情期開始時是“活的”還是“死的”,仍然存在爭議。但是,本研究中提出的資料支援了這樣一種觀點,即到那時,幾乎所有的生長和營養供應都已停止,因為作者指出鹿角“極不可能”具有“功能性血液供應”,這使得鹿角一直乾燥到核心。
作者最驚訝的是乾燥的鹿角非常適合其功能。這些經過特殊改造的武器被設計為“吸收戰鬥中最初遭遇的衝擊,同時具有相當高的彈性模量和靜態彎曲強度,以防止鹿角在最初的鹿角碰撞之後的推撞戰中彎曲過度或斷裂。” 更好地理解這些超有效材料可以幫助工程師和醫學研究人員在未來開發更好、更強的材料。
圖片:發情期雄性赤鹿,由Bill Ebbesen透過Wikimedia Commons提供。