海洋戰將螳螂蝦：逆天神力驚呆科學家

日前，伊利諾伊大學電氣和計算機工程教授維克托·格呂耶夫發表文章稱基于螳螂蝦眼的成像系統設計的攝像頭與內窺鏡系統集成系統有了巨大成果。這些成果都會運用在微創手術中，以滿足資源有限醫院的微創手術需求。這并不是維克托教授第一次通過研究螳螂蝦的復眼取得重大科研成果，早在2017年，他領導的研究團隊就通過模仿螳螂蝦的眼睛開發了一種能夠感知顏色和光學偏振的超靈敏相機。

縱使已經獲得了如此多的研究成果，維克托教授卻一直說：“人類對螳螂蝦的研究不足1%，四億年來它從未進化，卻擁有超乎一切的能力。超強的甲殼、暴躁的性格、比子彈還快的拳頭、天底星級別的眼睛，還有人類至今都無法理解的聲光通信系統。如果我們能把這些都研究透徹，仿生科技會有更大的進步。”事實上，螳螂蝦就好像是遺落在地球的“外星斗士”，渾身上下都是不可思議的“高科技”。

海底怪聲

自1975年起，生物學教授羅伊和生物學家希拉·帕特就通過多項實驗發現螳螂蝦一拳的最高打擊力高達150千克。更令人稱奇的是，它們出拳的速度快到極致，以至于周圍的水分子因急劇的運動而產生了超空穴效應，仿佛水都被這股力量“煮沸”。這一發現迅速引起了科學界的廣泛關注，自此之后，許多科學家加入對螳螂蝦的研究中來。

1997年，美國海洋和大氣管理局在距離智利海岸約1750千米的海域監測到低頻怪聲。這個聲音如同巨獸在深淵中怒吼，迅速傳遍了海底5000平方千米的范圍。海洋生物學家艾倫迅速組織了一支由聲學專家和海洋生物學家組成的團隊，攜帶當時最先進的監測設備前往事發海域進行調查。

經過監測，艾倫在海底發現了一些奇特的生物痕跡，包括一些巨大的、疑似生物活動的痕跡。這些發現加深了這些科學家的疑慮，“海怪假說”開始在團隊內部流傳。艾倫一直希望能夠破解“海怪”之謎，但遺憾的是，這種聲音沒有再次出現。

2004年，美國科學家在加利福尼亞州的海底再次監測到一種隆隆的低頻聲音。這種聲音讓科學家們很快聯想到智利海域監測到的低頻怪聲，兩者極其相似。

艾倫得知消息后，果斷前往加利福尼亞州調查低頻聲音的具體情況。到達后，他立即開始部署監測設備，對海底進行全面搜索和監測。

經過數周的艱苦努力，他們收集到了大量數據，但聲源似乎總是在移動，難以捕捉。更重要的是，這些聲音只在黎明和黃昏時分才出現。

經過分析，艾倫的研究團隊發現這些聲波信號雖然與之前聽到的低頻怪聲高度相似，但并不是同一個聲源發出的，這次的聲音明顯要小許多。團隊中的海洋聲學專家凱利稱：“這聲音和某些海洋生物的交流方式有些相似，很可能就是某一種海洋生物發出的。”

雖然不是之前的低頻怪聲，但艾倫對這次的低頻聲音也非常好奇。為了獲得更加準確的數據，艾倫和凱利決定采用一種創新的科研方法：利用水下無人機搭載小型聲吶設備，在深海中進行網格化搜索，同時結合大數據分析，設法找到聲波的移動規律和來源。

然而，當他們對這些信號進行具體且細致地解構和分析時，卻遇到了前所未有的挑戰。聲波信號復雜多變，似乎包含著某種特定的規律和信息，但又難以解讀。

凱利將收集到的聲波信號進行了詳細分析，并對比了已知的海洋生物交流信號。他查閱了大量文獻和資料，對比了不同海洋生物發出的聲波特征。最終，凱利認為這種低頻聲音很可能是螳螂蝦在某種特定情況下發出的聲音。

為了驗證自己的猜測，凱利決定進行一系列實驗。他先設計了一個水下揚聲器系統，能夠精確播放收集到的聲波信號。然后，他們在深海中找到了一個螳螂蝦密集的區域，將水下揚聲器潛入該區域并播放聲波信號。

隨著聲音的播出，周圍的螳螂蝦開始有所活動，甚至有的也發出了低頻聲音；另一部分不發聲的螳螂蝦則展現出特定的行為模式，如聚集、擺動觸角等。凱利捕捉了幾只螳螂蝦回去研究，驚喜地發現，發出聲音的螳螂蝦全都是雄性，而不發聲音回應的螳螂蝦則是雌性。也就是說，這些低頻聲音是雄性螳螂蝦發出的求偶信息。

解開了低頻聲音的秘密后，艾倫回到智利繼續研究之前的低頻怪聲，團隊的其他人也都回到了各自的大學或研究所。然而，凱利卻有一個疑惑沒能解開：在觀察螳螂蝦時，他曾使用過多種波長的光線照明。在深海中，螳螂蝦總能準確發現他所在的位置，而且在水下那種低照度又強散射的環境中，螳螂蝦還能精準地抓住獵物、躲開天敵。凱利認為，螳螂蝦一定有超常的視覺系統。

于是，凱利聯系了他的好友維克托教授——伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的電氣和計算機工程教授，他擅長將仿生學運用在機械設計中。凱利在電話中對維克托說：“螳螂蝦不僅用低頻聲波交流，可能還會運用高級光學信號溝通。這些是你的強項，你有興趣研究一下嗎？”

超級復眼

維克托對此非常感興趣，他立刻帶著自己的學生一起投入對螳螂蝦視覺系統的深度研究中。維克托首先對螳螂蝦的眼睛進行了詳細的解剖學研究。他發現，螳螂蝦的眼睛結構復雜，包含多種類型的光感受器，這些光感受器能夠感知不同波長的光線，包括紫外線、可見光和紅外線等。他對凱利說：“動物王國中充滿了比我們人類眼睛更敏感、更復雜的視覺系統，這些動物能感知到人類看不見的自然現象。”

維克托在學校設立了一個實驗室，模擬各種海洋環境條件，并引入了鮮活的螳螂蝦樣本。研究人員使用不同波長的光線照射螳螂蝦的眼睛，并通過高精度顯微鏡觀察其反應。

在日復一日的實驗過程中，維克托發現螳螂蝦的復眼有三層感光細胞，每層細胞可對不同波長的光做出反應。螳螂蝦總共有16種不同類型的光感受器，能夠同時接收并處理不同波長的光線，其中3種用于探測紫外光，9種用于探測可見光，其余的則用于感受紅外光。

這意味著，螳螂蝦的眼睛簡直是一部超級精密的光線探測器，能夠敏銳地感知紅外線、紫外線這些人類視覺無法觸及的領域。

維克托還發現，在多種不同光線的照射下，螳螂蝦色彩斑斕的甲殼會呈現出不一樣的顏色。他決定用人類能夠模擬出來的所有光線都照射一遍螳螂蝦的甲殼。

在實驗過程中，研究小組的成員突然尖叫起來：“教授，您快來看，螳螂蝦的顏色太神奇了！”維克托走上前去，發現螳螂蝦的甲殼呈現出如夢如幻、人類肉眼根本無法領略的絢麗色彩，仿佛是來自另一個維度的神秘畫作。他急忙問：“這是什么光線？”

“偏振光，是偏振光！而且在不同波長的偏振光下都能呈現這種色彩。”聽到組員的回答，維克托大吃一驚。人類的眼睛根本看不見偏振光，地球上只有為數不多的幾種動物能看見偏振光，而能看見不同波長的偏振光的動物更是從未被發現。

“用不同波長的偏振光進行實驗，看看螳螂蝦能不能看見！”維克托相信，螳螂蝦身上美麗的顏色是為了讓同類看見的，也就是說螳螂蝦能夠看見不同波長的偏振光。

布置完任務后，維克托就回到了辦公室，他焦急地在辦公室里走來走去，等待著實驗結果。如果真如他猜想的那樣，螳螂蝦能夠看見不同波長的偏振光，這將是震撼世界的發現。

次日，維克托就等來了實驗報告，結果和他所猜想的一模一樣：螳螂蝦能夠看見不同波長的偏振光。他激動地說：“螳螂蝦有一雙令人難以置信的眼睛。人類能感知三種顏色——紅色、綠色和藍色，那是因為我們的視網膜上有一層感光錐細胞。但螳螂蝦可以感知超過16種顏色，這要歸功于其眼睛中感光細胞的堆積。因此，螳螂蝦可以看到人類無法想象的事物。”他將相關研究和實驗數據發表在《科學》雜志上。

之后，維克托繼續研究螳螂蝦的眼部結構。在一次團隊研討中，他興奮地說：“螳螂蝦肯定能夠感知到我們所缺失的那部分世界信息！”他漸漸有了一個大膽的設想：如果能仿照螳螂蝦眼睛的神奇構造，開發全新的成像技術，這無疑將為人類打開一扇通往未知微觀與宏觀世界的全新大門。也許人們就此便可以探秘細胞內部的精妙結構，洞察宇宙深空的隱秘角落。

彼時，維克托的好友、癌癥專家戈蘭·孔多夫醫生正飽受工作的困擾。早期癌癥病灶微小且隱匿，現有的醫學成像技術在精準區分癌細胞與正常細胞時非常困難，導致大量患者錯過了最佳治療時機。戈蘭一直希望能夠解決這個問題。當他得知維克托正在研究的新方向時，他仿佛看見了希望。

戈蘭聯系維克托說：“在癌癥切除手術中，有時要用熒光蛋白來標記癌細胞，確保切除時方便、準確。但是熒光蛋白的標記有可見光的，也有紅外光的，不同的熒光可以標記不同的組織。當患者情況比較復雜時，需要用兩種熒光標記，此時傳統的攝像器材失去了作用，因為無法同時捕捉兩種光波。這給我們的手術造成了極大的困難。如果能把螳螂蝦的復眼系統運用在醫學成像儀上，那將是造福全人類的事情。”

渾身是寶

“但是現在研究攝像器材的公司非常多。”維克托不知道自己的研究是否適合用于醫療成像儀。

戈蘭卻說：“工程師花費了大量的時間和金錢來開發手機中的攝像器材，這些設備可以拍攝出非常適合社交媒體的照片。但當醫生檢查患者時，他們并不關心照片看起來有多漂亮，他們關心的是設備捕捉現實的程度。相機市場的驅動力與醫療診斷所需的技術根本不相容。”

在戈蘭的勸說下，維克托改變了自己的想法，他愿意和戈蘭一起打造新的醫學成像儀。達成合作意向后，維克托團隊依據對螳螂蝦眼睛光感知原理的研究成果，結合前沿半導體技術與精妙的光學濾波工藝，開啟了漫長而艱辛的研發之旅。科研人員在實驗室里通宵達旦，經歷了一次次的電路搭建、代碼調試和材料選型的循環。

實驗經歷了無數次的失敗，維克托的實驗筆記寫了一本又一本。面對的各種困難讓維克托不止一次想到了放棄。

戈蘭看出他的痛苦，將他帶到醫院里，指著病房里的幾名病號說：“他們都屬于癌癥早期，只要能順利切除癌細胞，就能延長他們的壽命，十年甚至幾十年。但是，因為我們的成像儀老舊，無法清晰地看到癌細胞，手術不得一拖再拖。這樣的病人我見了很多，有的甚至就拖到了晚期，無力回天。我知道你面前困難重重，但是看著他們，我們沒路可退啊！”

維克托看著病人眼中求生的欲望，沒再說什么，轉身回到了實驗室。經過長期艱苦的研究，2021年5月5日，維克托的研究團隊集成了先進的半導體設備和專門的光學濾波器，并成功將螳螂蝦的視覺系統復制到單個成像設備上，由此發明了一種新型仿生成像系統——癌癥手術六色成像平臺。一款能夠感知顏色和光學偏振的超靈敏成像儀誕生了。

癌癥手術六色成像平臺不僅可以捕獲醫生通常會看到的三種可見光，還可以收集醫生可能會錯過的三種不可見的近紅外光。然后將其與多個針對腫瘤的探針相結合——這些探針聚集在癌變組織中并發出近紅外光，從而幫助醫生看到腫瘤在病人體內的確切位置。

戈蘭興奮地在手術室使用了癌癥手術六色成像平臺為患者切除了癌細胞。術后，他激動地說：“這種生物靈感成像儀和新興的腫瘤靶向藥物的結合，將確保外科醫生不會在病人體內留下癌細胞。這對額外的‘眼睛’將有助于防止癌癥復發，為患者提供一個更快、更容易的康復途徑。”

維克托補充說：“這種仿成像儀的制造成本很低，操作也相對簡單，因此在世界各地的醫院都可以推廣使用。我相信以后會有很多貧困地區的醫院能用上癌癥手術六色成像平臺。我們下一步的工作是將仿生學相機與內窺鏡系統相結合，以滿足資源有限的醫院進行微創手術的需求。螳螂蝦給我們的靈感能延長許多人的壽命。”

除了維克托和戈蘭，世界上還有很多科學家在研究螳螂蝦，并將螳螂蝦身上超乎尋常的特性化作仿生科技應用在日常生活中。

哈佛大學的科研團隊受螳螂蝦堅硬蝦殼的啟發，從海洋廢棄物中提取殼質，經過精細的去糖等工藝處理后，與從木粉中提取的絲蛋白精妙融合，成功研制出一種高強度、高韌性的生物塑料。這種新型材料在多個領域發揮著作用：在醫療領域，它可作為可降解縫合線、植入式支架，為患者減輕痛苦，促進愈合；在包裝行業，它能替代傳統塑料，有效減少環境污染，為地球減負。

大洋彼岸，美國軍方也將目光聚焦于螳螂蝦。其堅硬如鎧甲的外殼、威力巨大的“拳頭”，成為軍工研發人員眼中的寶藏。他們全力嘗試復刻螳螂蝦甲殼的微觀結構，打造新一代防彈衣、頭盔與盾牌，并積極探索將其甲殼強化技術應用于坦克、裝甲車，力求提升裝備在炮火下的生存能力。

未來，隨著科技持續進步、跨學科融合日益深入，螳螂蝦身上更多的寶藏必將被解鎖，為人類邁向更美好的明天注入源源不斷的動力。

編"輯/鄭佳慧