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蜘蛛與其他“小野獸”尖牙利齒的秘方——重金屬
骨軟筋酥網2025-12-10 04:45:08【熱點】3人已圍觀
簡介蜘蛛與其他“小野獸”尖牙利齒的秘方——重金屬神秘的地球uux.cn報道）據美國國家地理撰文：CARRIE ARNOLD 編譯：曾柏諺）：蜘蛛與其他「小野獸」尖牙利齒的秘方──重金屬。新研究指出，這些生
蜘蛛與其他“小野獸”尖牙利齒的秘方——重金屬
（神秘的地球uux.cn報道）據美國國家地理（撰文：CARRIE ARNOLD 編譯：曾柏諺）：蜘蛛與其他「小野獸」尖牙利齒的秘方──重金屬。新研究指出，蜘蛛重金這些生物在天然蛋白質里混入了鋅、其尖銅等元素，牙利創造出相當耐用的秘方螫針、爪子以及大顎。小野獸
蜱蟲為了緊緊咬附在鹿身上，蜘蛛重金得先刺穿厚厚的其尖毛皮；切葉蟻可以輕易咬開堅韌的熱帶樹樹葉；而蝎子則能用尾巴將毒液注入比自己大上好幾倍的獵物體內。
這些超凡能力長期以來吸引著奧勒岡大學的牙利物理學家羅伯特．斯科菲爾德（Robert Schofield）──這些小小生物哪來這么大的勁？
根據斯科菲爾德新發表在《科學報告》（Scientific Reports）期刊上的論文，答案就在它們工具的秘方原子結構上。
科學家早已知道某些無脊椎動物的小野獸大顎、尖牙以及螫針中含有鋅、蜘蛛重金銅、其尖錳等大量重金屬──在部分物種身上，牙利重金屬甚至能占到20%的秘方重量。然而，這些金屬與同樣存在于些部位中的堅韌蛋白質到底有什么關聯，卻始終成謎。
斯科菲爾德與同事在分子尺度下分析蛋白質與重金屬后，發現這些蛋白質內被織入一顆一顆金屬原子，創造出了一種既強韌又耐用的復合材料，他們將其稱之為「重元素生物材料」（heavy element biomaterials）。
「加入這些金屬來讓工具更加耐用，真的很酷。」并未參與此項研究的麻州圣十字學院生物學家斯蒂芬妮．克羅夫茨（Stephanie Crofts）說：「這篇研究說明了許多生物都有這項能力，而且可能比想像中還要常見。」
克羅夫茨補充說，這些「重元素生物材料」或許能啟發工程師創造更小的手機和更堅固的醫療設備等產品。
勝過生物礦物
想當然爾，動物早就演化出其他方法來制造堅硬的天然材料。這種被廣泛應用的方法稱為「生物礦化」（biomineralization），也就是當動物體內的蛋白質包覆住大型礦物結晶，形成像是骨頭或是某些貝殼等材質。骨頭是礦物（主要是碳酸鈣）與蛋白質的強大組合，它能提供動物作為骨骼所必需的彈性、延展性與耐壓性，且遠遠超出這兩種材質個別所能企及的程度。
但生物礦化作用有其極限──想想貝殼有多么易碎吧？斯科菲爾德說：「想用生物礦物來打造尖銳的東西，就好比是用磚頭來做把刀。」自1980年代末有只螞蟻緩緩爬過他辦公室的地板以來，斯科菲爾德一直在同一間辦公室研究無脊椎動物的大顎與爪子。
對于許多需要尖銳、堅固又耐用構造的無脊椎動物來說，「生物礦物」顯然不是它們要的答案。斯科菲爾德表示，好比對一只蝎子而言，一根破碎的螫針就等同一份死刑判決，也難怪它們另辟蹊徑了。
金屬與蛋白的強大復合材料
在最新研究中，斯科菲爾德和來自西北太平洋國家實驗室 （Pacific Northwest National Laboratory）以及奧勒岡州的同事，檢查了幾種螞蟻、蜘蛛、蝎子、軟體動物與剛毛蟲的身體結構。研究團隊打造了微型探針來檢測這些部位的力學性質，并以原子級的精度剖析觀察。
研究團隊發現，在這些無脊椎動物的身體部位，均勻遍布著鋅和錳等重金屬，這與骨骼或是其他生物礦物有所不同；含有金屬原子結構的蛋白質部位，也更加鋒利、耐磨損。 重元素生物材料還有項能「節流」的優點：根據研究團隊計算，切葉蟻憑著這樣的金屬原子結構，在切割樹樹葉時可省下約60%的能量消耗。
斯科菲爾德的疑惑還沒有結束，比如從甲殼類到蜈蚣等不同類群的無脊椎動物間，這樣的天然堅韌材料是經過一次還是多次獨立演化而來？
克羅夫茨表示，這項發現也同時創造出人類工具新的可能。
舉例來說，工程師一直在想怎么樣才能打造出又小又牢靠的東西，像是智慧型手機，以及穿戴式醫療裝置（如胰島素泵）。
克羅夫茨說，如法炮制蛋白質與重金屬原子的排列方式來打造工具，就能讓產品更輕巧、堅固，還能應付日常使用，這又是一個「天然的尚好」的例子啦！
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