余夫

在轟動(dòng)一時(shí)的3D電影《阿凡達(dá)》中，最令人震撼的莫過(guò)于那些人類控制的巨大“外骨骼”機(jī)械裝備。那些設(shè)備使人變成了無(wú)堅(jiān)不摧的“大力神”。那么，在動(dòng)物中是不是有它的原形呢？這要從“肉包骨”還是“骨包肉”這個(gè)問(wèn)題說(shuō)起。

乍一看這個(gè)問(wèn)題，很多人一定會(huì)覺(jué)得好笑，動(dòng)物當(dāng)然都是肉包著骨啦。不論是重達(dá)幾十噸的巨鯨，還是只有幾十克重的小老鼠，不論是河里游的魚，還是天上飛的鳥(niǎo)，其肌肉再發(fā)達(dá)，也還得靠骨頭在里面撐著。不過(guò)，上述的動(dòng)物都是脊椎動(dòng)物。脊椎動(dòng)物都是肌肉在外，骨骼在內(nèi)，這種形式的骨骼稱為“內(nèi)骨骼”。但是，世界上還有種類和數(shù)量都極為龐大的動(dòng)物類群是無(wú)脊椎動(dòng)物，它們的骨骼形態(tài)更為復(fù)雜多樣，比如“外骨骼”。

在無(wú)脊椎動(dòng)物中，各種各樣的“外骨骼”十分常見(jiàn)。即使是在原生動(dòng)物中，也有一些種類能分泌一些物質(zhì)形成不同形狀的外殼或骨骼以加固體形。在原生動(dòng)物中，骨骼最為精美動(dòng)人、和諧對(duì)稱、巧奪天工的是有孔蟲。它的大小近似于海邊的一粒細(xì)沙，身體的直徑大多不足1毫米。有孔蟲可以分泌碳酸鈣形成單室或多室的鈣質(zhì)殼，殼上常常有很多房室，房室間隔板有孔相通，因此得名有孔蟲。

貝殼這種“外骨骼”形式是大多數(shù)軟體動(dòng)物獨(dú)特而醒目的標(biāo)志，所以我們通常把它們叫做貝類。它們雖然個(gè)個(gè)柔軟嬌嫩，但個(gè)個(gè)又都身披重甲，被堅(jiān)硬的石灰質(zhì)外殼包著，是軟與硬的完美結(jié)合。

外敵侵犯時(shí)，貝類會(huì)馬上把柔軟嬌嫩的身體縮進(jìn)殼內(nèi)，再兇猛的敵人對(duì)它們也毫無(wú)辦法。貝殼，也是軟體動(dòng)物棲身的“居室”，御寒的“衣服”。柔軟的身體躲進(jìn)“臥室”后，即便是在寒冬臘月，它們也安然無(wú)恙。

不過(guò)，動(dòng)物界中真正具有分節(jié)的、甲殼狀的“外骨骼”的，是那些占動(dòng)物總數(shù)80%以上的節(jié)肢動(dòng)物。只有它們的外骨骼才真正把進(jìn)攻和防御兩方面的功能發(fā)揮到極致，節(jié)肢動(dòng)物因此成為無(wú)脊椎動(dòng)物中最為成功的一個(gè)類群。

節(jié)肢動(dòng)物的外骨骼是由活的細(xì)胞分泌出來(lái)的，其大部分結(jié)構(gòu)由十分復(fù)雜的幾丁質(zhì)和各種有機(jī)的、無(wú)機(jī)的物質(zhì)沉積所組成，特別堅(jiān)硬。不僅蝦、蟹的大螯可以?shī)A碎很硬的食物，一種蜂通過(guò)其堅(jiān)硬鋒利的產(chǎn)卵器也可刺入樹(shù)干的木質(zhì)內(nèi)部達(dá)幾厘米的深度。這種結(jié)構(gòu)之所以叫做外骨骼而不叫做皮膚，因?yàn)樯掀ぜ?xì)胞分泌的表皮層不僅覆蓋整個(gè)身體，而且它確實(shí)與脊椎動(dòng)物的內(nèi)骨骼一樣，構(gòu)成這樣那樣的關(guān)節(jié)，肌肉也通過(guò)關(guān)節(jié)與外骨骼共同參與動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)、攝食等多種機(jī)能。同時(shí)還起到支持保護(hù)身體、防止體內(nèi)水分蒸發(fā)的作用，這對(duì)節(jié)肢動(dòng)物在陸地及空中生活是至關(guān)重要的。

不過(guò)，因?yàn)楣?jié)肢動(dòng)物的外骨骼大部分是由已經(jīng)死亡的、一旦形成以后便不能繼續(xù)生長(zhǎng)的幾丁質(zhì)甲殼所構(gòu)成，所以，其肌肉或內(nèi)部器官即使再生長(zhǎng)也只能長(zhǎng)到甲殼所限定的范圍以內(nèi)。幾丁質(zhì)的甲殼就如同古代勇士所披掛的鎧甲，只有某些部位可以活動(dòng)。這種“鎧甲”雖然保護(hù)了節(jié)肢動(dòng)物的身體，但也大大限制了它們的生長(zhǎng)。如果甲殼內(nèi)部的空間已經(jīng)長(zhǎng)滿而動(dòng)物的生長(zhǎng)尚未完成，它就必須將甲殼裂開(kāi)，再換一套新的“鎧甲”。由于形成新的甲殼需耗去動(dòng)物體內(nèi)許多營(yíng)養(yǎng)，脫去舊甲殼又要花費(fèi)不少的精力，加上新形成的甲殼又嫩又軟，所以這時(shí)的節(jié)肢動(dòng)物往往因失去抵御能力而成為其他動(dòng)物甚至其同類的美味佳肴。等到甲殼遇空氣氧化而變硬之后，昆蟲可振翅高飛，而蝦、蟹類也能揮舞其嚇人的大螯耀武揚(yáng)威了。節(jié)肢動(dòng)物就是不斷地重復(fù)著這種定期的脫殼生長(zhǎng)方式直至完全長(zhǎng)大。節(jié)肢動(dòng)物中還有一個(gè)披著雙層“鎧甲”的怪物——寄居蟹。它長(zhǎng)得既像蝦又像蟹，除頭胸部長(zhǎng)著螯足披著甲，身上還背著一個(gè)螺殼。原來(lái)，寄居蟹的甲殼并不像普通螃蟹的甲殼那么堅(jiān)硬，特別是它的腹部比較柔軟。這樣，它只有不斷發(fā)現(xiàn)適合自己身體的螺殼，鉆進(jìn)去，寄居其中，才有“安全感”。

人們積極探索外骨骼在仿生學(xué)方面的應(yīng)用價(jià)值。目前，日本已發(fā)明了鋼鐵俠式的人體外骨骼，可以輔助實(shí)施物理治療。美國(guó)開(kāi)發(fā)的機(jī)器“XOS”，可以戴在人的胳膊和背部。它能讓使用者數(shù)百次舉起約90千克的重物也絲毫不覺(jué)得累，而且非常便捷。此外，美國(guó)軍方正在著手研制這種能夠幫助人類負(fù)重的、“可以穿戴”的機(jī)器人，稱為“外骨骼系統(tǒng)”，希望在不遠(yuǎn)的將來(lái)穿在士兵的身上。這種“外骨骼服裝”能夠讓普通士兵擁有機(jī)器人般的力量和耐力，可以攜帶重型裝備參加行動(dòng)，幫助實(shí)施救援任務(wù)、工程作業(yè)、受傷康復(fù)等。