“天鵝淚”單細(xì)胞折紙般的褶皺使其能夠?qū)崿F(xiàn)極端變形。圖片來(lái)源：斯坦福大學(xué)普拉卡什實(shí)驗(yàn)室對(duì)于微生物世界的捕食者來(lái)說(shuō)，要依靠極端變形能力，譬如將脖子伸展到體長(zhǎng)的30多倍來(lái)釋放致命的攻擊。這個(gè)操作中，“折紙細(xì)胞”的幾何形狀是關(guān)鍵因素。最新發(fā)表在《科學(xué)》上的研究報(bào)告，揭示了名為“天鵝淚”的單細(xì)胞具有快速超伸展性的秘密。這一發(fā)現(xiàn)不僅解釋了生物的極端變形機(jī)制，還將極大激發(fā)人們?cè)谌嵝圆牧瞎こ袒驒C(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新潛力。單細(xì)胞原生生物可以做出細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重大轉(zhuǎn)變：僅40微米長(zhǎng)的“天鵝淚”，就可在不到30秒的時(shí)間內(nèi)，反復(fù)將它的“頸部”拉伸到1500微米然后又快速縮回，只為捕捉遠(yuǎn)處的獵物?？茖W(xué)家一直不能理解為何這種神奇的能力會(huì)來(lái)自一個(gè)沒(méi)有神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞。現(xiàn)在，美國(guó)斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，該行為是生物學(xué)中一種不為人知的幾何機(jī)制。研究顯示，這個(gè)單細(xì)胞生物的行為已被編碼在其細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)中，就像人類的行為被編碼在神經(jīng)回路中一樣。具體來(lái)說(shuō)，這一行為其實(shí)是傳統(tǒng)折紙的一個(gè)分支，被稱為“曲線折紙”。它基于一種薄螺旋微管結(jié)構(gòu)，這些微管形狀如肋骨一樣，包裹在一層透明膜中，形成了一系列“山峰和山谷”褶皺般的折痕圖案。為了在亞細(xì)胞水平上觀察“天鵝淚”的獨(dú)特機(jī)制，團(tuán)隊(duì)結(jié)合使用了實(shí)時(shí)成像、共聚焦和透射電子顯微鏡等技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜被折疊成15個(gè)褶皺，就像手風(fēng)琴的風(fēng)箱一樣。這些褶皺又共同形成一個(gè)彎曲的折痕，能實(shí)現(xiàn)“頸部”快速和可重復(fù)的過(guò)度伸展。這種復(fù)雜的折疊方案還引導(dǎo)了膜折痕現(xiàn)象，確保其在極端變形期間快速有效地操作。團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一個(gè)機(jī)械紙模型去模仿“天鵝淚”的彎曲折痕折紙結(jié)構(gòu)，以更好地理解這難以置信的生物動(dòng)力學(xué)。