什么？海胆居然有牙？还啃坏了40多条钢柱？

1953年，出现了一篇惊人的报道：在美国加州，一处防波堤的40多条钢柱中，有一半被毁掉了；这或许没什么，但毁掉这些钢柱的凶手，竟然是海胆。

而且，发表这篇报道的，不是什么赚人眼球的小报，而是科研领域的皇冠——《科学》。

海胆：其实是我海胆干哒！| Pixabay

“吃”钢铁和石头

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海胆的牙口非常好，它们啃食岩石表面的海藻，日积月累，最终会在岩石表面啃出洞。这个洞也是有用的，海胆们一个萝卜一个坑，把自己塞在里边，以免被海浪冲走。

钢柱放进海里之后，海胆啃掉了表面的氧化层，使金属暴露在海水的腐蚀之下。铁锈不断往里侵蚀，钢柱变得坑坑洼洼（有的坑甚至足有1厘米深），最后就报废了。

海胆的牙口到底有多厉害？来自维拉诺瓦（Villanova）大学的米切尔•罗素（Michael P. Russell）等人组成的团队，设计过一个实验。他们把海胆养在一个个小笼子里，里面放上一块石头，半年后和一年后，分别测量一次石头上的凹陷和减少的重量。结果发现，海胆的啃咬功夫相当了得：对于中等粗细的砂岩，它们每年可以啃咬32克。

一个个呆在小笼子里的海胆 | Michael P. Russell et al. / PLoS One (2018)

团队还观察了野外的海胆：用不了一年时间，野外的海胆就能在砂岩上啃出肉眼可见的凹陷。这样下去，在五年之内，海胆就能挖出一个足够它钻进去的大洞。不过，花岗岩就要坚硬得多了，海胆在一百年内也挖不出足够容身的洞（当然，海胆是活不了这么长的，但是下一代海胆可能继承旧坑，继续挖下去）。根据他们的估算，一公顷海岸上的全部海胆，每年啃掉的石头会达到200吨，不亚于一些河流的沉积物量。

被海胆挖出坑的海岸 | Michael P. Russell et al. / PLoS One (2018)

最奇妙的动物牙齿

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下一个问题是，海胆用什么来啃石头呢？

海胆的嘴堪称是动物世界中最奇特的。它的口器藏在身体内部，结构相当复杂，形如灯笼；西方世界最早描述它的是亚里士多德，因此得名亚里士多德的灯笼（Aristotle's lantern）。海胆的口器内部有五个颚板，每个颚板的内壁上有一颗牙齿，五颗牙齿凑成梅花状，可以像抓娃娃机的爪子那样开合，海胆用这只“爪子”抠挖岩石上的藻类。

紫海胆Strongylocentrotus purpuratus的牙齿 | Wilson44691 / Wikimedia Commons

加州大学的雅各布斯工程学院（Jacobs School of Engineering），研究过许多仿生学的项目。研究人员曾用3D显微技术分析过海胆口器的结构，仿照它的结构制造挖掘用的机械爪。海胆牙齿的形状能减小压力，他们希望，这种机械爪可以应用到火星探测车上，用来抓起沙土样本。

模拟海胆牙齿的机械爪 | JacobsSchoolNews

海胆的牙齿是整个口器中最精致的部分。它是长条形的，横截面却是丁字形，由含镁的方解石晶体构成——由于含镁量的不同，牙齿不同部位的强度也有所不同，中心的硬度和韧度都是最高的。牙齿内部的方解石晶体，有细长的纤维型和弯曲的薄板型两种形态，外层包裹着强度较弱的有机质，两种晶体彼此交错，组成了一个坚固的整体。

海胆构造复杂的口器，长长的丁字形牙齿，内部一层一层的矿物晶体 | H. Espinosa et al. / Materials Science (2019)

海胆的牙齿虽然坚硬，但还有一个问题没有解决：如果一直在坚硬的东西上摩擦，刀刃必然会变钝，牙齿磨久了是不是也会磨坏？

这就体现出海胆牙齿内部结构的巧妙之处了——海胆啃咬硬物的时候，牙齿会从比较软的有机质层那里断掉，就像掰开夹心饼干一样。因此，方解石晶体不是慢慢磨平了棱角，而是一片片崩裂，使牙齿始终保持一个又薄又锋利的形态。此外，海胆牙齿内芯最硬，磨损也最慢，外层磨损得多，这也让牙齿越变越薄，但却始终都能保持锋利的“刀刃”状态。

当然，海胆不止有“獠牙狰狞”的一面，这些刺球也有相当呆萌可爱的一面。

3年前，神奈川渔业技术中心（Kanagawa Fisheries Technology Center）用当地农业废弃的圆白菜叶喂养海胆。他们的本意是养肥美味的海鲜，顺便减少菜叶浪费；没想到，一群海胆吭哧吭哧啃菜的样子过于喜感，在网上走红，还有人自制了可爱的海胆玩具。毕竟，海胆长得那么憨憨，一般人哪能想到，它还有一口“铁齿铜牙”。

参考文献

[1] Espinosa H D, Zaheri A, Nguyen H, et al. In situ wear study reveals role of microstructure on self-sharpening mechanism in sea urchin teeth[J]. Matter, 2019, 1(5): 1246-1261.

[2] Irwin, Margaret Constance. "Sea urchins damage steel piling." Science 118.3063 (1953): 307-307.

[3] Russell, Michael P., Victoria K. Gibbs, and Emily Duwan. "Bioerosion by pit-forming, temperate-reef sea urchins: History, rates and broader implications." PLoS One 13.2 (2018): e0191278.

[4] 马玉荣. "海胆牙齿的生物矿化研究." 中国化学会第 27 届学术年会第 13 分会场摘要集 (2010).

作者：小袋熊

编辑：pee pee shrimp

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