蝗蟲恰如其分設計的啟示 - 研究顯現出蝗蟲挖掘瓣的精準損耗設計
以色列臺拉維夫大學（Tel Aviv University）的研究人員分析了雌性蝗蟲腹部末端的挖掘瓣（digging valves），這是蝗蟲產卵時用來挖掘坑洞的構造，一生約使用3至4次。研究人員發現，挖掘瓣與極具耐磨性的結構（如下顎）相比，在高強度的挖掘過程中挖掘瓣會明顯磨損。
研究由機械工程學院的Bat-El Pinchasik博士與動物學系的Amir Ayali教授主持，並與該校生命科學學院、神經科學所、自然歷史博物館等單位合作。參與研究的人員也包括來自德國德勒斯登科技大學的研究人員。研究結果發表於國際知名期刊《Advanced Functional Materials》。
Pinchasik 博士表示：「我們的實驗室研究自然界中的機械結構，部分目的是從中汲取靈感，解決技術問題。近期我們與蝗蟲專家Amir Ayali教授合作，探討雌性蝗蟲挖掘產卵坑的機制。這種獨特的構造由兩片鏟狀結構構成，能夠週期性地開合，掘土的同時將砂粒壓向坑壁。」
Ayali教授補充：「我們知道昆蟲體內許多結構具有極高的耐磨性，尤其是蝗蟲。蝗蟲的下顎每天都需要咀嚼食物，其構造由高度耐磨的材料組成。然而雌性蝗蟲的挖掘瓣雖然在掘土時需承受巨大的剪力，但一生僅於產卵時使用3至4次。我們因此想了解這些由堅硬角質材料構成的挖掘瓣，是否也演化出高度的耐磨性。」
為了驗證這一問題，研究團隊比較了三組雌性蝗蟲的挖掘瓣：
- 尚未產卵的年輕雌蟲
- 成熟但因環境因素無法產卵的雌蟲（用來測試是否僅因年齡增長而磨損）
- 已產卵3至4次的雌蟲
研究人員運用多項先進技術分析挖掘瓣的內部結構與耐久性，包括共軛焦顯微鏡、3D螢光成像，以及與德國團隊合作使用的同步加速器。結果顯示挖掘瓣的磨損跡象十分明顯，且缺乏與高度耐磨性相關的結構特徵。例如，研究人員未在挖掘瓣中發現強化耐磨性的金屬離子，而這類元素在其他高耐磨的生物材料中十分常見。
Pinchasik博士總結：「雌性蝗蟲的一生僅需產卵3至4次。我們的研究發現，牠們的挖掘瓣經過精準演化，恰好符合這項任務的需求，不多不少。這是大自然『恰如其分』原則的絕佳例證，當額外的資源並非必要時，演化不會為此投入過多的成本。」
資料來源：
https://english.tau.ac.il/research/locust-design-evolution
