古海洋蠕虫的“生物金属”颚

自然界蕴藏着无数可供科学家与工程师汲取灵感的材料范例，古老的刚毛虫（Perinereis cultrifera）便是其一。它的颚由一种被称为“生物金属”的独特物质构成，硬度可与铜、银媲美。

从微观结构来看，这种颚由结构蛋白与金属离子组成，兼具摄食（抓握、切割、压碎、咀嚼食物）和御敌的功能。

在发表于《生物物理学评论》（Biophysics Reviews）的一项研究中，科研团队对这种生物金属颚展开了细致分析：他们在颚部材料上制作了数千个显微压痕，结合成分化学分析、高分辨率成像与计算模型，深入探究其特性。

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研究证实，刚毛虫颚在硬度、应变机制及离子-蛋白结构上均具备类金属特性。其中一个与晶体金属相似的特点是：材料的微观区域越细小，就越难被压出凹痕——这便是尼克-高（Nix-Gao）纳米压痕尺寸效应，即材料原子晶格受扰动后会变得更为致密，进而提升硬度。由于颚尖部位金属离子浓度更高，这一区域的硬度也最为突出。

不过，研究人员也发现了它与普通金属的差异，证明P. cultrifera的颚部确实存在独一无二的特质。例如，受压时其弹性会发生变化，这一特性更常见于玻璃态聚合物。

利齿特写：左侧为刚毛虫，中间是其口部特写，右侧为单个生物金属颚。

图片来源：Zelaya-Lainez, L. 等，《生物物理学评论》（2026）

研究作者克里斯蒂安·赫尔米希（Christian Hellmich）在一份声明中表示：“刚毛虫颚还展现出尺寸依赖型弹性——这是生物金属区别于铜、银等传统晶体金属的标志性特征。”

团队已构建数学模型，从原子层面解释这一特性，但仍有大量未知待探索。下一步，他们将研究其他种类的刚毛虫，对比其生物金属颚的差异，并进一步优化数学模型。

最终，若能破解P. cultrifera基因编码合成生物金属的机制，人类或许能开发出定制化的环保仿生材料。正如赫尔米希所说：“这一切都源于我们对大自然所蕴含、所创造的精妙之美与极致精巧的由衷赞叹。”

主图：Perinereis cultrifera颚部特写，标注有压痕测试区域。图片来源：Zelaya-Lainez, L. 等，《生物物理学评论》（2026）