“偽裝大師”變色龍是如何變色的？荷葉為何能夠不沾水？病毒又是怎樣精準(zhǔn)侵入細(xì)胞的？……這些問題彰顯著自然界分子制造的神奇魅力。

在浩瀚的大自然中，神奇現(xiàn)象無處不在，這些現(xiàn)象背后蘊(yùn)藏著怎樣的科學(xué)原理？本文在闡釋分子制造的基礎(chǔ)和概念的同時(shí)，以動(dòng)物、植物、微生物領(lǐng)域的典型案例為引，探討自然界的分子制造奇跡，從而更好地為科技創(chuàng)新服務(wù)，賦能新質(zhì)生產(chǎn)力。

分子：分子制造的基礎(chǔ)

意大利著名化學(xué)家阿伏伽德羅在1811 年發(fā)表分子學(xué)說，提出了分子的概念：分子是在游離狀態(tài)下單質(zhì)或化合物能夠獨(dú)立存在的最小質(zhì)點(diǎn)。分子是由原子組成的，單質(zhì)分子由相同元素的原子組成，化合物分子由不同元素的原子組成。作為物質(zhì)構(gòu)成的基礎(chǔ)單元，分子是我們賴以生存的根本，它們通過復(fù)雜的相互作用，共同構(gòu)建了我們的物理世界。

分子制造作為對納米尺度內(nèi)的分子化學(xué)反應(yīng)以及分子相互作用的組裝、自組裝過程進(jìn)行誘導(dǎo)、干預(yù)和控制的技術(shù)，不僅是科學(xué)前沿技術(shù)，更是自然界在微觀層面的奇跡，值得我們?nèi)ヌ剿骱徒馕觥?/p>

“偽裝大師”變色龍：動(dòng)態(tài)分子制造的奇跡

很多動(dòng)物都會(huì)變色，而變色龍的偽裝能力最為出色，它可以隨周圍環(huán)境變換多種皮膚顏色，以此來躲避侵襲，是當(dāng)之無愧的“偽裝大師”。變色龍的皮膚中含有多種色素細(xì)胞，這些細(xì)胞能夠在光線、溫度等環(huán)境影響下通過收縮或擴(kuò)張來改變皮膚顏色。更為神奇的是，變色龍的皮膚中含有一種特殊的細(xì)胞——虹細(xì)胞，它們能夠通過改變納米晶體的結(jié)構(gòu)來調(diào)控光線的折射和反射，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的顏色變化。

當(dāng)變色龍?zhí)幱诓煌h(huán)境或情緒狀態(tài)時(shí)，其皮膚中的色素細(xì)胞和虹細(xì)胞會(huì)協(xié)同工作，通過精準(zhǔn)的分子調(diào)控機(jī)制實(shí)現(xiàn)顏色的快速變化。這種動(dòng)態(tài)分子制造的過程不僅令人驚嘆，也為人類研究顏色調(diào)控機(jī)制、開發(fā)新型顯示材料提供了重要的啟示。

荷葉不沾水的秘密：納米結(jié)構(gòu)的分子制造

當(dāng)我們欣賞荷花的時(shí)候，經(jīng)常能看到一個(gè)有趣的畫面：停留在荷葉上的水珠，不僅不會(huì)把荷葉浸濕，反而還會(huì)在荷葉上自由滾動(dòng)，仿佛荷葉表面覆蓋了一層看不見的薄膜，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)荷葉，水珠滑落時(shí)還會(huì)帶走荷葉上的泥土，非常神奇。

科學(xué)家對此現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究，德國植物學(xué)家威廉·巴特洛特在1997 年揭開了荷葉不沾水的機(jī)理。在高倍電子顯微鏡下可以觀察到荷葉表面布滿了很多微小的乳突，而且間隔很小，乳突與乳突之間又存在著很多凹陷部分，這些凹陷部分充滿空氣后，就會(huì)在貼緊葉面的地方形成一層薄薄的納米級空氣層。這種納米級的微觀結(jié)構(gòu)賦予了荷葉一種雙疏效果，即既不沾水也不沾油。與此同時(shí)，乳突上還覆蓋著一層蠟質(zhì)物體（蠟棒），對水具有排斥作用，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了荷葉的防水性能。

荷葉的這一特性極大地啟發(fā)了人類在防水材料、自清潔表面等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用?？茖W(xué)家們通過模仿荷葉表面的納米結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了多種高性能的防水、防污材料，推動(dòng)了材料科學(xué)的進(jìn)步。

病毒侵入細(xì)胞的過程：分子識(shí)別的精準(zhǔn)制造

病毒作為自然界中最小的生物體之一，其侵入宿主細(xì)胞的過程充滿了分子制造的智慧。這一過程大致可以分為吸附、侵入、脫殼、生物合成組裝和釋放五個(gè)階段，其中，吸附和侵入尤為關(guān)鍵。病毒表面的吸附蛋白需與宿主細(xì)胞表面的受體特異性匹配，才能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)吸附。這種分子識(shí)別機(jī)制是病毒感染過程中的關(guān)鍵，也是其特異性的核心。一旦吸附成功，病毒可通過不同的方式將遺傳物質(zhì)注入到宿主細(xì)胞中，完成侵入過程。

在侵入過程中，病毒需要克服宿主細(xì)胞的防御機(jī)制，如細(xì)胞膜的屏障作用。為此，病毒進(jìn)化出了多種策略，如利用自身的酶類降解細(xì)胞膜成分，通過與細(xì)胞膜融合的方式直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。這些策略的實(shí)現(xiàn)都離不開病毒表面蛋白與宿主細(xì)胞受體之間的精準(zhǔn)分子識(shí)別與相互作用。

病毒侵入細(xì)胞的過程是自然界中分子制造精準(zhǔn)性的生動(dòng)體現(xiàn)。它不僅揭示了病毒與宿主細(xì)胞之間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，也為人類研究病毒感染機(jī)制、開發(fā)抗病毒藥物提供了重要線索。

自然界中的分子制造與人類智慧的啟迪

自然界中還存在著許多分子制造的奇跡，如蝴蝶翅膀的色彩產(chǎn)生機(jī)制、海膽刺的抗壓外殼、天然橡膠的生產(chǎn)等。它們不僅展示了自然界中分子制造的精妙和復(fù)雜，而且為人類的科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供了豐富的靈感和素材。

通過模仿和學(xué)習(xí)，科學(xué)家們已經(jīng)研制出了免洗衣服、柔性可穿戴電池等分子制造領(lǐng)域前沿產(chǎn)品，在材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域取得了重大突破。未來，隨著對自然界分子制造機(jī)制研究的深入，我們有望開發(fā)出更多高性能、智能化的新材料和新技術(shù)，為人類科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展服務(wù)。