歐陽盛芝／國立臺灣博物館
歐陽盛菊／國立清華大學工業工程與工程管理研究所碩士
賴婉婷／國立臺灣博物館研究組
螳螂蝦（Mantis shrimp）泛指節肢動物門（Arthropoda）軟甲綱（Malacostraca）口足目（Stomatopoda）動物，已知約400多種，分布於熱帶和亞熱帶海洋，底棲性，常棲息於海床的淺坑或礁石洞穴中，獵食雙殼貝或單殼螺類、螃蟹、海膽、海葵、小魚、小蝦、沙蠶、或其他身體柔軟的動物。平均體長約15公分，最大可達46公分，身體分為8個胸節、6個腹節、和1個尾節，因胸部5對顎足中的第2對特化成超大且類似螳螂的鐮刀狀掠螯而得名，能以超過子彈的速度快速出擊，輕鬆穿刺魚體或打碎貝殼，或者擊裂強化玻璃水族缸，甚至將漁民手指割傷見骨，因此得到「拇指分裂者」名號；尾扇上則有許多增厚的稜脊和發達的棘刺，不僅能當身體快速彈跳的支撐點，也是防禦和攻擊的武器，可謂天生的刺客兼超級拳王。由於被動離水時會像撒尿般從腹部噴射透明無色液體，又稱為瀨尿蝦，俗名還包括蝦蛄、蝦爬子、蝦耙子、蝦狗彈、爬蝦、蝦虎、口蝦蛄、富貴蝦、琵琶蝦、皮皮蝦、官帽蝦等。
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| 螳螂蝦依掠螯形狀和獵食行為可分為穿刺型和粉碎型（繪製者：黃正文）。 |
美國杜克大學（Duke
University）帕特克（S.
N. Patek）副教授曾和指導的博士生在2015年9月《形態》（Journal of Morphology）期刊發表相關研究成果，他們發現螳螂蝦的彈簧系統由外骨骼構成，能變形與抵抗變形；掠螯則分成長節（merus，簡稱M）、腕節（carpus，簡稱C）、前節（propodus，簡稱P）、和指節（dactyl，簡稱D）四部分；長節又細分腹桿（ventral bars，簡稱vb）、鞍座（saddle，簡稱s）、和V關節（meral-V，簡稱v）三區。因此依據掠螯形狀和獵食行為，將螳螂蝦分成穿刺型和粉碎型，結構上都具有較厚的腹桿，可提供活動時抵抗彈簧壓縮和減少撓曲剛度的結構支撐。試驗材料為三種穿剌型、四種粉碎型、及一種未分化型的加州半指蝦蛄（Hemisquilla
californiensis）。
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| 黑斑口蝦蛄（Oratosquilla kempi）是穿刺型蝦蛄（圖片來源：歐陽盛芝）。 |
穿刺型包括斑琴蝦蛄（Lysiosquillina maculata）、多毛假蝦蛄（Pseudosquilla
ciliata）、和矮蝦蛄（Coronis scolopndra）三種，長節較細，每隻指節具有3-17個銳棘，常藏身在泥質或沙質的洞穴中守株待兔，只露出一對眼睛觀看，等到魚或蝦等獵物接近時，快速伸出掠螯、並打開鐮刀狀指節攻擊，碰觸後像鍘刀般迅速收合，利用銳棘穿刺獵物緊扣不放，再以後面第3至5對顎足將食物弄碎後取食，由於彈簧系統使掠螯的彈出速度飛快，即使運動敏捷的魚蝦也無法脫逃；牠們通常伏擊體壁較軟的軟殼獵物，雖然攻擊很快，掠螯彈出速度卻比粉碎型相對較慢。
粉碎型包括鐮狀獨指蝦蛄（Gonodactylaceus falcatus）、史氏指蝦蛄（Gonodactylus
smithii）、新指蝦蛄（Neogonodactylus bredini）、及雀尾螳螂蝦（Odontodactylus
scyllarus）四種，長節較粗，含有強健的肌肉，雖然指節上缺乏或僅具極少銳棘，但指節踝部卻堅硬擴大如拳，使其攻擊具強大破壞力，以主動巡遊方式出外覓食，看到獵物時就從後方接近，先攻擊如雙殼貝的硬殼或螃蟹的大螯等防禦武器，再連續伸出掠螯把保護外殼打碎，並將肉塊敲軟分解，帶回洞穴享用；攻擊後會檢視獵物損傷狀況，決定是否再次出擊、以節省能量消耗，偏愛肉含量較多的貝類，以最少的攻擊次數得到最大的獵食效率，通常撞擊體壁較硬的硬殼獵物，會在彈簧系統的長節中儲存彈性潛能，休息時V關節圍繞樞軸點向近側旋轉，壓縮鞍座緊靠長節側緣收好，攻擊時V關節向遠端旋轉到掠螯展開的靜止位置，導致與長節側緣間產生明顯空隙。
在此之前，帕特克博士就曾與加州大學柏克萊分校（University of California,
Berkeley）考德威爾（R.
L. Caldwell）教授於2004年4月在《自然》（Nature）期刊發表雀尾螳螂蝦致命攻擊機制的研究成果，其掠螯的棒狀指節擊出最大速度可達每秒14-23公尺，角速度峰值為每秒670-990弧度（rad/s=1/2π赫茲，即單位時間轉過的角），在平均周期2.7毫秒（ms=10-3s）時的加速度峰值達每秒平方65-104公里（Km/s2），棒狀指節的加速還能導致空穴效應（cavitation），是指在流動液體中產生極小的真空氣泡或空隙等空穴，當壓力變高使空穴分裂消滅，造成強力衝擊波的物理現象，又稱為空蝕現象、氣穴現象、氣蝕現象、或空洞現象。
2005年10月他們又於《實驗生物學》（The Journal of Experimental
Biology）期刊發表此種的極端衝擊和空穴效應力量，證實掠螯快速伸展的棒狀指節，經彈簧系統驅動動力放大，會以超過點22口徑子彈的速度敲擊，達到10,400 重力加速度（g=9.8 m/s2），力量高達1,500牛頓（N，使質量1公斤物體加速度達1 m/s2時所需的力），造成本身重量1,000倍以上的爆炸性衝擊力，使周圍的水沸騰蒸發，形成氣蝕泡沫的空穴，空穴塌縮力量能將水溫提升至7,000克耳文（K=°C+273.15，熱力學溫度單位，溫度變化攝氏1度相當於變化1克耳文），產生海底衝擊波、再度衝撞獵物，故敲擊時未瞄準也會造成重大傷亡。此外，其他科學家發現螳螂蝦不僅是海洋中非常兇猛的獵食者，還具有學習和記憶能力，可透過超強視覺辨識鄰居和獵物，並發展出複雜的社會行為。
（以上新聞編譯自2015年9月發行之Journal of Morphology期刊等）
（本文由科技部補助「向大自然借鏡：生物行為的科學解密」執行團隊撰稿）
責任編輯：歐陽盛芝／國立臺灣博物館
審校：歐陽盛芝／國立臺灣博物館
日期：2017/07/28
本單元學術名稱：生物醫農＞動物學
標籤：仿生螳螂蝦（一）：天生刺客兼超級拳王
資料來源：
Rosario,
M. V. and S. N. Patek. 2015. Multilevel analysis of elastic morphology: The
mantis shrimp's spring. Journal of Morphology, 276(9):1123-1135.
Patek,
S. N. and R. L. Caldwell. 2005. Extreme impact and cavitation forces of a
biological hammer: strike forces of the peacock mantis shrimp Odontodactylus scyllarus. The Journal of
Experimental Biology, 208: 3655-3664.
Patek,
S. N., W. L. Korff, and R. L. Caldwell. 2004. Deadly strike mechanism of a
mantis shrimp: this shrimp packs a punch powerful enough to smash its prey’s
shell underwater. Nature, 428: 819-820 (+3pp. Supplementary methods).
延伸學習：
E7%8F%BE%E8%B1%A1（瀏覽日期：2017/06/06）。
陳紫媖。2009。蝦蛄－海中的最快拳擊手及辨色高手。行政院農業委員會水產試驗所電子報，第44期。
Mantis shrimp. 2017. Wikipedia,
https://en.wikipedia.org/wiki/Mantis_shrimp (Visit date: 2017/06/03).
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