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一项新研究揭示了深海虾类的外壳如何使其在水下数千米的热液喷口极端环境中生存。普渡大学航空航天系副教授Vikas Tomar表示：“居然有一种现存的生物物种可以生存在如此极端的环境之中。虾类是进化论的伟大实例，因为不同深度的虾类展现出多样的适应变化。”他与博士生Tao Qu、Devendra Verma、Yang Zhang和Chandra Prakash对比了深海脊盲虾（Rimicaris exoculata）和浅海点虾（Palaemonetes pugio）的外骨骼。深海虾生活在海面下2000米的火山热液喷口附近，温度超过400°C，而浅海虾仅生活在海洋浅层。

研究旨在理解进化如何影响两种虾外骨骼的材料变化，使其适应截然不同的环境。该论文于7月2日在线发表在《Acta Biomaterialia》上，相关研究还探索了外骨骼中两种关键元素——甲壳质（一种蛋白质）和方解石（一种类骨骼矿物）之间的界面传热系数。这两种有机与无机材料的界面特性决定了外骨骼的性能。

通过扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱分析10份外骨骼样本，研究人员发现两种虾的外骨骼具有相同的微观结构：甲壳质、方解石等成分排列成螺旋状结构，类似螺旋楼梯。但深海虾的外骨骼密度更高、厚度更大、矿物质含量更高。令人惊讶的是，浅海虾的外骨骼强度是深海虾的10倍。Tomar说：“直观上，密集结构应更结实，但实际相反。”

进一步研究甲壳质与方解石之间的界面传热系数，有助于理解结构如何传递压力。结果显示，深海虾外骨骼柔软但耐高温高压，而浅海虾外骨骼坚硬以抵御捕食者。通过建模模拟材料相互作用，研究人员开发了“粘塑性定律”数学方程，以更精确地模拟高分子陶瓷复合材料的应力应变行为。传统模型以峰值强度为关键，但材料更可能因张力或拉力失效。Tomar指出：“对于这些材料，张力更为关键，必须控制形变以避免破坏。”

研究还发现水在提供外骨骼分子结构强度中起重要作用。研究人员创建了“界面传热参数”来模拟特定复合材料的表现，基于化学成分、微观结构和界面参数。相关研究还与维也纳技术大学合作，探讨胶原蛋白与人类骨骼间的界面传热系数及骨骼随时间形变，该成果发表于4月的《材料研究学会通报》，有助于改进医疗植入物的模拟。