毒血虫的铜颚可能为可持续制造业带来福音

对于被称为血虫的小型海洋生物来说，拥有坚固的下颚至关重要。

这些蠕虫体长约 15 英寸，一生都在泥泞的海底挖洞，捕食小型甲壳类动物、软体动物和其他蠕虫。

加州大学圣巴巴拉分校的海洋生物化学家赫伯特·韦特说：“它们需要用下颚杀死更活跃的猎物。它们还用下颚相互搏斗，因为它们不太合群，偶尔这些蠕虫会在洞穴中相撞。”

韦特说，这些下颚一定非常锋利和坚韧，因为红虫一生只长一次下颚。韦特和他的同事于 4 月 25 日在《物质》杂志上发表了一篇论文，称这种可怕的下颚的关键在于一种由铜、黑色素和一种具有一些令人印象深刻的化学性质的蛋白质组成的独特混合物。研究小组得出结论，红虫高效的下颚建造过程可能有助于改进复合材料（由不同物质混合而成）的制造方式。

每只血虫都长着一个喙，喙上有四个黑色的下颚，用来抓住其他动物并向它们注射麻痹性毒液。韦特和他的同事在新论文中写道，这些中空的毒牙重量轻，但由于含有黑色素和铜成分，可以承受大量的磨损。这些成分对于动物的下颚来说是不寻常的。韦特说，铜对动物来说“通常非常有毒”，而黑色素是一种很少用作结构元素的色素。

他说：“我们一直对不同的海洋无脊椎动物如何制造承重结构以生存很感兴趣，而这个结构尤其引人注目，因为它是报道中唯一含有高铜含量的结构之一。”

科学家们不确定为什么蠕虫会选择铜，而不是海洋无脊椎动物更常用的金属，如铁或锌。然而，一种可能性是铜与毒牙中储存的毒液发生反应。“蠕虫有能力以某种危害较小或惰性的形式储存这些毒素，当它们通过颌骨中的通道进入猎物体内时，就会产生毒性，”韦特说。

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为了研究血虫如何长出独特的尖牙，韦特和他的团队确定了血虫颌骨中主要蛋白质的基因序列。他们发现这种蛋白质的化学组成相当简单，约 80% 由两种氨基酸组成。随后，该团队在实验室中制造了这种分子的人工版本，他们将其命名为“多任务蛋白质”。

接下来，研究人员进行了颌骨形成过程的简化版本。他们将铜与人造多任务蛋白质一起加入烧杯中，观察到这两种物质浓缩成小液滴。当研究人员添加一种名为多巴胺的分子（其他动物通常会将其转化为黑色素）时，液滴变得更暗并形成致密的薄膜。

“我们注意到，如果你将针尖插入表面形成的棕黑色薄膜中，你实际上可以从薄膜中拉出纤维，然后对其进行机械测试，”韦特说。“结果发现这些纤维类似于尼龙，而且是一种非常坚固的纤维。”

实验表明，单一蛋白质在红虫颌骨形成过程中发挥着多种重要作用：与铜结合、浓缩成液滴、将多巴胺转化为黑色素，最终形成复合材料。这比形成玻璃纤维或增强橡胶等工业复合材料的过程要简单得多。

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“蠕虫形成下颚的过程为我们提供了某种蓝图，让我们了解如何以更可持续的方式制造复合材料，减少对搅拌机、搅拌器、挤出机等重型设备的依赖，”韦特说。“当然，这些在红虫系统中并不存在，但一种非常有组织的材料正在形成。”

红虫用来制造毒牙的化学反应对周围海水的酸度、盐度和温度非常敏感。韦特说，这可能意味着红虫很容易受到气候变化的影响。

不过，韦特说，血虫天生具有制造坚韧材料的本领，这为我们提供了宝贵的经验。韦特认为，血虫的颌骨形成过程与《沙丘》小说中的巨型沙虫在某些方面有相似之处。

“这些生活在荒地里的蠕虫生产出一种叫做香料的东西，宇宙中每个人都想要它，”韦特说。“它以一种夸张的方式提醒我们，简单的生物也能蕴藏真正有用的技术。”