為何大自然屢以鑲嵌結構建構萬物？
Why does biology keep building things out of tiles?
20 NOV 2025 12:50 PM ETBYCELINA ZHAO
f t大象皺巴巴的皮膚、病毒堅韌的殼和瑞士乳酪樹的熱帶果實有什麼共同點？它們都是由微小的重複蛋白質或其他天然材料磚塊組成的。一個由生物學家、設計師、建築師和工程師組成的多樣化團隊認為這種現象被低估且研究不足，現已編目了100個這些重複模式的範例，稱為生物鑲嵌。這個收集結果涵蓋八個數量級，從幫助排斥液體的奈米級跳蟲外骨骼到作為外部身體護甲的釐米級烏龜殼。
該團隊的互動網站於上周與發表在《美國國家科學院院刊 Nexus》上的一篇關於鑲嵌收集的論文一同推出，這遠不止是一個漂亮圖片的畫廊。為了展示大自然如何重複類似設計來解決截然不同的問題，團隊將每個鑲嵌範例歸類為形狀、材料和功能等類別。在網站上，從建築師到動物學家的任何人都可以瀏覽這些結構，並發現單獨觀察時不明顯的跨物種模式。
《科學》雜誌與該項目的兩位領導者——香港城市大學生物學家梅森·迪恩和柏林洪堡大學進化生物學家約翰·尼亞卡圖拉——討論了這個項目。此次採訪經過編輯以提高清晰度和長度。
梅森·迪恩：在海洋生物學實驗室當研究生時，我正在研究一種電鰩，並湊夠了足夠的補助金來進行微CT掃描（一種通常能產生高解析度3D結構的X光成像技術）。但當我拿到結果時，我認為數據有問題，因為畫質太差。這張超高解析度的掃描顯示整個骨骼上都有斑點圖案。事實證明，這實際上是所有鯊魚和鰩魚骨骼的診斷特徵，我們稱之為鑲嵌軟骨。
約翰·尼亞卡圖拉：我偏愛雕齒獸。這是一種巨大的、幾乎有汽車大小的哺乳動物，是犰狳的近親，但現已完全滅絕。它們在南美洲被發現，擁有這些巨大的球形背甲，由美麗的鑲嵌構成。
M.D.：這就像問某人誰是他們最喜歡的孩子。我想鏡子蜘蛛就是一個很荒謬的例子。它的腹部有以鳥嘌呤晶體組成的鑲嵌，看起來像迪斯可球。根據它的心情，它基本上可以產生或增強這種鑲嵌。
M.D.：一開始，我們只是在Pinterest和Google上輸入「生物鑲嵌」，但找不到多少東西。但如果你向任何專家或業餘愛好者解釋什麼是鑲嵌，總有人知道一個有趣的例子。其中肯定有創造性元素，關於如何轉變視角——如果你觀察任何系統夠久，你會注意到細節，但卻忘記看整體。我們會對爬行動物專家說：你能想到除鱗片外的任何奇怪例子嗎？
J.N.：真正新穎的是看到不同尺度上的這些共通點。我認為，清楚地證明這在整個生物學中是如此普遍的模式，而不僅僅是在特定群體中，對科學來說是新的。
M.D.：一旦你把所有東西放在同一個遊樂場中，這讓你能夠提出任何類型的問題。生物學家可能會說，我想知道脊椎動物鑲嵌的例子。但工程師可能會說，我對與光學相關的生物模式感興趣，並通過功能途徑探索。或者，我對僅由有機材料構成的鑲嵌感興趣，並通過材料方向探索。
M.D.：在我們擁有這個龐大的鑲嵌群組後，我們意識到需要某種方式來互動。這時我的大腦回溯到小時候，翻閱我放在一個小紅色塑膠盒裡的動物卡片——幾乎像圖書館的卡片目錄。背面會有對該動物的描述性解釋。這就是為什麼網站最終變得像撲克牌。我們喜歡人們能夠真正玩轉網站並以這種方式探索的點子。
J.N.：管蟲可能沒有意識到它的管子有多美麗。我認為這是我們人類所自然而然被吸引的東西。
M.D.：我的意思是，美麗可以在性選擇中被選中。但從更廣泛的意義上說，即使馬賽克和鑲嵌最初是作為保護東西的方式，你有外部護層需要可見。不妨讓它美麗一些。