 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，這些生物在天然蛋白質裏混入了鋅、銅等元素，創造出相當耐用的螫針、爪子以及大顎。 蜱蟲為了緊緊咬附在鹿身上，得先刺穿厚厚的毛皮；切葉蟻可以輕易咬開堅韌的熱帶樹樹葉；而蠍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物理學家羅伯特．斯科菲爾德（Robert Schofield）──這些小小生物哪來這麽大的勁？ 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原子結構上。 科學家早已知道某些無脊椎動物的大顎、尖牙以及螫針中含有鋅、銅、錳等大量重金屬──在部分物種身上，重金屬甚至能占到20%的重量。然而，這些金屬與同樣存在於些部位中的堅韌蛋白質到底有什麽關聯，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後，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複合材料，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。」並未參與此項研究的麻州聖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製造堅硬的天然材料。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──想想貝殼有多麽易碎吧？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年代末有隻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。 對於許多需要尖銳、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，好比對一隻蠍子而言，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。 金屬與蛋白的強大複合材料 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、蠍子、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，並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，工程師一直在想怎麽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，如法炮製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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