如果螳螂变成 250 公斤，它能猎杀东北虎吗？
2024-11-19 阅读 78
更新于 2024年11月21日
你以为的螳螂变250公斤：
实际上的螳螂变250公斤：
自己就把自己压死了。
根据不同的品种，螳螂的长度大约1.2~16厘米。
如果是一只2～4厘米的螳螂，体重大约1g左右。
质量增加到250kg，增大25万倍。
由于重量是尺度的三次方（结构的尺度效应），因此螳螂长度增大约63倍。
也就是说，这一只250kg的螳螂，长度超过了2米。
螳螂一条腿的横径原来大约0.5mm左右，增大63倍变成了3.15cm（比人类胫骨横截面积略大）。
螳螂6条腿，但主要4条腿支撑。
支撑起身体时，受力总面积约：0.003m^2。
但我们知道螳螂的腿是中空的（外骨骼），外骨骼的实际受力面积预估只有0.0005m^2。
昆虫外骨骼与肌肉变成250kg后，后4肢所承受的压强为：
500000000Pa
也即，500MPa。
这意味着什么呢？
这是不同钢材的强度：
看表可以看出，蟑螂的外骨骼需要达到Q700以上的强度，才能承受体重。
Q700是掺着了碳、锰和硅的一种高强度结构钢。
这意味着，支撑螳螂的外骨骼，普通的钢材都不行，必须高强度结构钢才行。
即便是对于原来体型就更大的螳螂，也需要高强度结构钢。
因为，虽然体积增大一倍的螳螂，静态支撑的结构强度可以降低至1/4，但螳螂要正常运动，局部应力依旧会远远超过数百MPa。
非自然生物材料所能支持。
所以，我们不难发现，即便节肢动物最为繁荣的石炭纪，它们的大小上限也是2~3米。
这其实就是受到了材料力学的限制。
泛节肢动物普遍存在几丁质外骨骼[1]，不过在地球上外骨骼的进化路线是多种多样的，仅仅钙化路线就多达18种，不仅仅节肢动物具有外骨骼[2]。
钙的运用可以增加外骨骼的强度[3]，几丁质的运用可以增加韧性和弹性[4]，甚至可以像鳞足类那样运用黄铁矿，具有含铁的外骨骼[5]。
即便我们跳出螳螂之外，把其它外骨骼buff都通通加上，也跳不过材料力学的限制。
外骨骼薄薄一层，横截面积小，具有更小的抗弯曲、抗切、抗剪能力。
而内骨骼材料集中，横截面积大，具有很高的抗弯曲、抗切、抗剪能力都更强。
这就决定了，体型达到一定程度的节肢动物，相比起脊椎动物会脆弱得多。
而有内骨骼的脊椎动物，除了骨骼支撑起肢体的强度外，甚至还能进化出额外的盔甲对身体进行保护。
总之，从材料力学的角度来说，外骨骼的力学性质，决定了节肢动物最大只能2米作用。而内骨骼的优秀力学属性，则决定了最大可支持恐龙那般的体型。
不说，新生带了。
想象4亿年前，海洋节肢动物称霸末期，当数米长的邓氏鱼（盾皮鱼的一种）横空出世。
那一口如果下去，真的是嘎嘣脆，鸡肉味。
我无数次强调过，生物演化总是受到物理法则所所限制。
其实螳螂的呼吸系统、循环系统，甚至是神经传导速度等等相比起脊椎动物的缺点，最终的限制源头，无一不是物理法则。
不说螳螂按照现在的身材突然增加到250kg了，就是按照石炭纪的条件，让它们通过演化不断改变，最终达到250kg，也依旧是战五渣。
一些文章，常常津津乐道于石炭纪的“巨型蜈蚣”：
这样的配图更是深入人心。
这一般指的是节胸虫（Arthropleura），它其实和马陆关系更近，但严格来说，其实既不是马陆也不是蜈蚣。
它的长度可以达到2~3米，但实际重量也才45kg。
也就是说，虽然长度足够长，使得它们成为最大的节肢动物之一，但随着体型增加，能生存下去的它们，依旧出现了“轻量化”的发展。相比起长度来说，它们的体重并不大。
而实际节胸虫复原出来的样子是这样的：
完全一副人畜无害的样子。
它们并不是掠食者，很有可能仅仅是一种腐屑食性动物。
250kg的螳螂相当于节胸虫重量的5倍还多。
要支持身体结构，就必须外骨骼增添更多的几丁质，使得外骨骼足够的柔软有韧性，同时与地面的接触面积足够的大，来降低压强。
这样的样子，是什么样呢？
恭喜你猜对了。
蠕虫的样子。
想象一只250公斤螳螂形大蠕虫，在东北虎面前的样子。
四条后腿已经压扁在身下，挥舞着柔软而耷拉的一对镰刀。
还战什么斗？
参考^Oh, Dongyeop X., et al. "Chiral nematic self-assembly of minimally surface damaged chitin nanofibrils and its load bearing functions." Scientific reports 6.1 (2016): 23245.^Porter S M. Seawater chemistry and early carbonate biomineralization[J]. Science, 2007, 316(5829): 1302-1302.^Nedin C. Anomalocaris predation on nonmineralized and mineralized trilobites[J]. Geology, 1999, 27(11): 987-990.^Bennet-Clark H C. The energetics of the jump of the locust Schistocerca gregaria[J]. Journal of Experimental Biology, 1975, 63(1): 53-83.^Sun J, Chen C, Miyamoto N, et al. The Scaly-foot Snail genome and implications for the origins of biomineralised armour[J]. Nature communications, 2020, 11(1): 1-12.
你们知道的，好些年轻人很容易走入一个误区，以为大就好，大就是一切
