犀金龟：抄什么样的家伙，就打什么样的架（CAE力学仿真）

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长戟大兜虫。图片来源：Didier Descouens

每种犀金龟都有自己独特的头部结构，以及不同的战斗方式。其中，体型最大的长戟大兜虫（Dynastes hercules）拥有巨大的，从背上向下弯的角和一个从头部弯向上的角。它看起来像一只离开身体的螯，嗯，战斗时也像——雄性用全身钳着它们的对手，将它们从自己的枝杈上掀起来，并把它们扔在地上。它可以举起850倍于自身重量的物体，曾保持着世界上最强的动物的称号，记录直到最近才被其他动物破掉。

麦卡洛发现这些角的形状和结构与每个甲虫的战斗风格完美地结合在一起。每种角都能抵抗那种犀金龟在打斗时最常受到的力，但是如果换成其他的使用方式，角会有折断或者弯曲的危险。正如长剑一样，角的形态和功能也是相对应的。

这些研究的结果很难经过直接的实验证实的——你不能把一只犀金龟送到一个新的“道场”，训练它修习新的“武术”，再看看它表现如何。但是麦卡洛用一种叫有限元分析（finite element analysis , FEA）的技术做到了类似的事情。有限元分析是一种数码碰撞测试，通过扫描物体建立一个三维立体虚拟模型，然后在这个物体上施加你所需的力。工程师们用这个技术模拟车辆和障碍物之间的碰撞。生物学家用它来模拟捕食者的颚和猎物之间的咬合冲击。麦卡洛则用这个技术来模拟甲虫之间的格斗。如果一种犀金龟用另一种犀金龟的战斗方式与对手格斗会发生什么？通过这项技术，她能在电脑中观察到结果。

结果是……角表现得很差。例如，如果你用一个扭曲力来对付双叉犀金龟，它能很好地抵抗这个力——虚拟模型呈蓝绿色，说明角受到的机械应力较小。但是要是用这个力对付其他两个种类的甲虫，虚拟模型会呈亮红色甚至白色。在现实中，角可能就断裂了。通过这三个例子，麦卡洛发现这些犀金龟实际使用角的方式，正是最不容易让角断裂或者弯曲的方式。

犀金龟角在按典型风格战斗时更强韧。A到I分别代表运用有限元模型分析得到的双叉犀金龟（A-C）、长戟大兜虫（D-F）、长臂竖犀金龟（G-I）的角在承受垂直力（A/D/G）、水平力（B/E/H）和扭力（C/F/I）下的冯米斯应力分布及最大压力值。灰框圈出为每种犀金龟典型战斗方式下的情况。越暖色表示角受到的冯米斯应力越大，即角断裂的可能性越大。图片来源：McCullough et al.

一些研究显示，有角的哺乳动物的格斗方式也和它们的头部结构相适应：弯角的绵羊互相撞击，短角的瞪羚互相刺戳，长角的大羚羊互相角力。不过这些研究都没有深入地验证这些情况下角是否都发挥了它最大的作用，又是否和其他技术相适应。麦卡洛用她的虚拟碰撞测试来解决这些问题。“测试的结果很直观，也是支持这个假说的第一手的直接证据。这些结果说明我们也许能使用有限元分析技术来对动物的武器多样性进行研究。”麦卡洛说。

通过分析三种犀金龟的战斗，麦卡洛正确地预判了三种犀金龟的角的横截面形状。长戟大兜虫经常用它们的角来抓取和举起物体，所以角的横截面是卵圆形的，垂直方向宽而水平方向窄。长臂竖犀金龟的角功能很多，并且需要抵抗来自多方向的力，所以它的横截面应该是圆形的。双叉犀金龟的角经常扭转，U型或者三角形的横截面更有利于它弯曲或者扭曲。实际上这三种甲虫的角差不多就是长成这样的。从物体的功能与作用出发，你可以预测它的形状。

编译来源

National Geographic, Rhino Beetle Weapons Match Their Fighting Styles                                                                    本文版权属于果壳网（guokr.com），转载请注明出处。