神奇的外骨骼

来源:用户上传      作者: 余夫

　　在轰动一时的3D电影《阿凡达》中，最令人震撼的莫过于那些人类控制的巨大“外骨骼”机械装备。那些设备使人变成了无坚不摧的“大力神”。那么，在动物中是不是有它的原形呢?这要从“肉包骨”还是“骨包肉”这个问题说起。
　　乍一看这个问题，很多人一定会觉得好笑，动物当然都是肉包着骨啦。不论是重达几十吨的巨鲸，还是只有几十克重的小老鼠，不论是河里游的鱼，还是天上飞的鸟，其肌肉再发达，也还得靠骨头在里面撑着。不过，上述的动物都是脊椎动物。脊椎动物都是肌肉在外，骨骼在内，这种形式的骨骼称为“内骨骼”。但是，世界上还有种类和数量都极为庞大的动物类群是无脊椎动物，它们的骨骼形态更为复杂多样，比如“外骨骼”。
　　在无脊椎动物中，各种各样的“外骨骼”十分常见。即使是在原生动物中，也有一些种类能分泌一些物质形成不同形状的外壳或骨骼以加固体形。在原生动物中，骨骼最为精美动人、和谐对称、巧夺天工的是有孔虫。它的大小近似于海边的一粒细沙，身体的直径大多不足1毫米。有孔虫可以分泌碳酸钙形成单室或多室的钙质壳，壳上常常有很多房室，房室间隔板有孔相通，因此得名有孔虫。
　　贝壳这种“外骨骼”形式是大多数软体动物独特而醒目的标志，所以我们通常把它们叫做贝类。它们虽然个个柔软娇嫩，但个个又都身披重甲，被坚硬的石灰质外壳包着，是软与硬的完美结合。
　　外敌侵犯时，贝类会马上把柔软娇嫩的身体缩进壳内，再凶猛的敌人对它们也毫无办法。贝壳，也是软体动物栖身的“居室”，御寒的“衣服”。柔软的身体躲进“卧室”后，即便是在寒冬腊月，它们也安然无恙。
　　不过，动物界中真正具有分节的、甲壳状的“外骨骼”的，是那些占动物总数80％以上的节肢动物。只有它们的外骨骼才真正把进攻和防御两方面的功能发挥到极致，节肢动物因此成为无脊椎动物中最为成功的一个类群。
　　节肢动物的外骨骼是由活的细胞分泌出来的，其大部分结构由十分复杂的几丁质和各种有机的、无机的物质沉积所组成，特别坚硬。不仅虾、蟹的大螯可以夹碎很硬的食物，一种蜂通过其坚硬锋利的产卵器也可刺入树干的木质内部达几厘米的深度。这种结构之所以叫做外骨骼而不叫做皮肤，因为上皮细胞分泌的表皮层不仅覆盖整个身体，而且它确实与脊椎动物的内骨骼一样，构成这样那样的关节，肌肉也通过关节与外骨骼共同参与动物的运动、摄食等多种机能。同时还起到支持保护身体、防止体内水分蒸发的作用，这对节肢动物在陆地及空中生活是至关重要的。
　　不过，因为节肢动物的外骨骼大部分是由已经死亡的、一旦形成以后便不能继续生长的几丁质甲壳所构成，所以，其肌肉或内部器官即使再生长也只能长到甲壳所限定的范围以内。几丁质的甲壳就如同古代勇士所披挂的铠甲，只有某些部位可以活动。这种“铠甲”虽然保护了节肢动物的身体，但也大大限制了它们的生长。如果甲壳内部的空间已经长满而动物的生长尚未完成，它就必须将甲壳裂开，再换一套新的“铠甲”。由于形成新的甲壳需耗去动物体内许多营养，脱去旧甲壳又要花费不少的精力，加上新形成的甲壳又嫩又软，所以这时的节肢动物往往因失去抵御能力而成为其他动物甚至其同类的美味佳肴。等到甲壳遇空气氧化而变硬之后，昆虫可振翅高飞，而虾、蟹类也能挥舞其吓人的大螯耀武扬威了。节肢动物就是不断地重复着这种定期的脱壳生长方式直至完全长大。节肢动物中还有一个披着双层“铠甲”的怪物――寄居蟹。它长得既像虾又像蟹，除头胸部长着螯足披着甲，身上还背着一个螺壳。原来，寄居蟹的甲壳并不像普通螃蟹的甲壳那么坚硬，特别是它的腹部比较柔软。这样，它只有不断发现适合自己身体的螺壳，钻进去，寄居其中，才有“安全感”。
　　人们积极探索外骨骼在仿生学方面的应用价值。目前，日本已发明了钢铁侠式的人体外骨骼，可以辅助实施物理治疗。美国开发的机器“XOS”，可以戴在人的胳膊和背部。它能让使用者数百次举起约90千克的重物也丝毫不觉得累，而且非常便捷。此外，美国军方正在着手研制这种能够帮助人类负重的、“可以穿戴”的机器人，称为“外骨骼系统”，希望在不远的将来穿在士兵的身上。这种“外骨骼服装”能够让普通士兵拥有机器人般的力量和耐力，可以携带重型装备参加行动，帮助实施救援任务、工程作业、受伤康复等。

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