中科院專家揭示豬籠草捕食的奧秘
中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學(xué)實驗室與北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院的研究者合作,在仿生研究領(lǐng)域取得新進展。研究成果于近日在國際期刊《自然》(Nature 2016, 532, 85-89)發(fā)表。
豬籠草,因其擁有一個獨特的能夠捕食昆蟲的器官——捕蟲籠而得名,其“嘴唇”區(qū)光滑,昆蟲極易“失足”滑落籠內(nèi),被籠內(nèi)分泌的消化液分解吸收,從而滿足營養(yǎng)需求。哈佛大學(xué)的研究者曾模擬豬籠草“嘴唇”研制超潤滑材料,然而豬籠草“嘴唇”為何能長時間保水儲水保持濕潤?科學(xué)界還不曾有深入探究。中科院理化所與北航科學(xué)家最近的研究結(jié)果揭示了這一神奇的自然奧秘,通過解析豬籠草“嘴唇”的微觀結(jié)構(gòu),揭示了豬籠草“油嘴滑蟲”自動搬運液體、致使昆蟲無法駐足而滑落入籠的機理,并建立了液膜輸運的理論計算模型。 研究發(fā)現(xiàn),豬籠草“嘴唇”具有連續(xù)搬運能力是其保證濕滑、讓昆蟲類動物站不住腳的根源。這種奇特的定向搬運液體現(xiàn)象是因為其表面獨特的微納結(jié)構(gòu)——楔形盲孔組成不對稱溝槽。在此發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)上,合作團隊模擬豬籠草口緣區(qū)表面結(jié)構(gòu)進行了壓印成形,成功復(fù)制了豬籠草口緣區(qū)的工作機制,使生物功能轉(zhuǎn)移制造成為現(xiàn)實。并進一步對這一現(xiàn)象進行了數(shù)學(xué)分析計算和模型建立,使人類廣泛應(yīng)用豬籠草“嘴唇”的功能成為可能。這一新的發(fā)現(xiàn)對于開發(fā)設(shè)計新型定向流體輸運系統(tǒng)具有指導(dǎo)意義,在農(nóng)業(yè)滴灌、無動力的微藥物傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 ![]() 圖1. a)豬籠草能夠捕食昆蟲的捕蟲籠;b,c) 液膜在豬籠草“嘴唇”區(qū)定向連續(xù)搬運過程 ![]() 圖2. 豬籠草“嘴唇”區(qū)周期性的不對稱微觀結(jié)構(gòu) |