【科普一下】章魚吸盤的秘密

2021-01-21 潛水Diving雜誌


（文/Katherine Harmon Courage）


章魚的吸盤非常神奇。它們能夠各自獨立地移動和抓握物體；還能「嘗」出周遭水的味道；而且即使是在水下的粗糙表面上也能製造密閉的真空。而且許許多多潛水者，生物學家以及大膽的食客都能作證，這些小小的吸盤真的很有力氣。


章魚的吸盤上到底隱藏著多少秘密呢？圖片來源：shutterstock


這令人十分驚奇，尤其是知道了這些吸盤的組織在柔軟程度上接近水母組織以後。不過我們其實對於構成這些神奇吸盤的物質實在所知甚少。


最近的一項深入研究揭示了章魚吸盤的部分秘密。先前的研究已經揭示了章魚吸盤的解剖結構，主要是依靠頂端的空腔和柔軟的側邊來製造壓力（差）來形成密閉的真空。然而新的研究表明，小吸盤之中隱藏著一些令人驚奇的秘密。



去年秋季，義大利裡窩那（Livorno）的科學家向當地漁民購買了一大批普通章魚（Octopus vulgaris）。科學家們從死去的章魚身上切下吸盤，放到顯微鏡下和顯微CT（微計算機斷層掃描技術microcomputedtomography）之中進行觀察。他們發現吸盤的側面和邊緣生長著細小的同軸排列的纖維叢，這正是在水底凹凸不平的表面上製造密閉真空的關鍵所在。


而吸盤的上層結構同樣布滿了溝槽，這有可能同樣有助於製造——以及保持——有效的密閉真空。研究報告於去年底發表於開放期刊《英國皇家學會學報：界面》（Journal of the Royal Society:Interface）。


你們這些壞人，為什麼要研究我的吸盤？！收起來不給你們看了...圖片來源：wetwebmedia.com


這項新發現「將為新一代附著型設備（例如粘性機器人）的研發提供一條路徑」，論文作者寫道。（受到章魚吸盤的啟發，有些研究者已經開始用3-D列印製造類似結構的吸盤了。）「模仿章魚吸盤組織的人工材料對於設計新型人造吸盤將是至關重要的。」



然而，我們製造人工吸盤的努力到目前為止還沒有任何進展。


科學家們研究了用來製造模仿章魚的軟性機器人的三種不同材料。這三種材料都是光滑的，缺乏真正的章魚吸盤所具備的對於緊密結合至關重要的皺紋。


除了對吸盤表面形狀的研究之外，科學家們還用一種叫做微壓痕單元的微力測試儀器（這種儀器通過一個彈簧推動物體來測量其彈性和硬度）檢測了其在壓力下的彈性。



吸盤（即所謂漏鬥狀器官infundibulum）的側面和邊緣都非常粘滑，和章魚腕足的其他部分很相似（不過還不是最有彈性的組織，還比不上諸如人類皮膚，以及我們的心臟瓣膜）。而章魚吸盤的頂端（叫做吸盤突起acetabularprotuberance）則比吸盤其他部分僵硬得多。（這裡能夠經受得住3.4微牛頓的壓力——而邊緣則能經受7.4微牛頓）。這個部位的僵硬是在局部產生低壓，從而（在宏觀上）產生粘性的關鍵。


但是在壓力之下，兩種組織都會變硬，這也有助於當章魚吸盤接觸某一表面時牢固地抓握。而反觀另一方面（或者說另一條「腕足」），人工製造的材料，基本上無法在不同壓力下改變自身的彈性。


章魚桑，您能好怎呀？圖片來源：all-that-is-interesting.com


對於這些組織的表面及其彈性的進一步深入研究將有可能幫助我們研發出更加高效的軟體機器人。例如，章魚吸盤硬的頂端部分含有相當多的結締組織。儘管還不知道確切的原因，研究者們假設，這可能有助於章魚「保存彈性能量，以便長時間不依靠肌肉收縮而保持附著力」——這個功能將能夠節約大量能源。


然而在得出成果之前，這種令人著迷的頭足綱動物的吸盤仍然將是工程學上的又一個難解之謎。


本文編譯自Scientific American Blogs:Octopus Suckers HaveGroovy Secret for Strength


來源：網絡


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