Nature Genetics！廈門大學馮丹青團隊揭示海洋粘附力的奧秘

在礁石、船底、碼頭樁柱上，你一定見過那些怎么都撬不下來的小家伙——藤壺。它們像混凝土一樣死死貼在任何表面上，任憑海浪沖擊都巋然不動。

為什么藤壺能粘得這么牢？它的殼為什么這么強？這種粘附能力，是如何進化出來的？

廈門大學海洋與地球?qū)W院、海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室柯才煥教授、馮丹青教授團隊，與環(huán)境與生態(tài)學院張原野副教授團隊合作，在海洋生物基因組學和污損生物附著研究領域取得了重要突破。其研究成果《New genes helped acorn barnacles adapt to a sessile lifestyle》發(fā)表在 Nature Genetics 上，給出了答案：藤壺擁有兩個在進化中“新出現(xiàn)"的基因，它們讓藤壺能量更足、殼更強、粘得更牢！更重要的是——論文中揭示藤壺殼層結(jié)構、蛋白質(zhì)分布的關鍵微觀圖像，由飛納 Phenom ProX 電鏡能譜一體機拍攝完成。

01.為什么藤壺值得發(fā)Nature Genetics？

藤壺其實不是貝類，而是甲殼動物，和螃蟹、蝦是親戚。但它們在漫長的演化中走上了不同的道路：

幼體階段自由游動，成年后永遠固定在一個地方，必須承受海浪、高鹽、腐蝕性環(huán)境，需要強粘附力和防御“裝甲"。這種生活方式在節(jié)肢動物中沒有的，意味著它必然經(jīng)歷了基因功能的重大重塑。

Nature Genetics 選擇這篇論文，就是因為研究團隊找到了關鍵證據(jù)：藤壺的固著生活，是由兩個“新基因"推動的演化創(chuàng)新。這兩個基因分別負責：

• 能量供給（bcs-6）：讓幼體有力完成“落地生根"

• 材料構建（bsf）：打造水下黏附和殼層“復合結(jié)構"

這些發(fā)現(xiàn)對理解“固著生物的進化"意義重大，也對仿生材料方向具有潛力。

02.飛納電鏡揭示：藤壺殼層不是殼，而是“微納裝甲"

研究團隊使用飛納 Phenom ProX 掃描電鏡能譜一體機，從微米到納米尺度觀察藤壺殼層，結(jié)果非常震撼：藤壺殼并不是一整塊鈣殼，而是一套高度精巧的“復合材料系統(tǒng)"。

飛納電鏡下，可以清晰看到三種關鍵結(jié)構：

1.柔性“幾丁質(zhì)纖維網(wǎng)"：像鋼筋一樣提供韌性，不易整體斷裂

1. A. amphitrite（溝藤壺）的殼體由側(cè)壁板、厴板（operculum）和基底板組成。

2. 示意圖展示了用于顯微觀察與分析的藤壺殼板橫截面和內(nèi)表面位置，以及用于轉(zhuǎn)錄組分析的藤壺組織取樣區(qū)域。

3. 掃描電子顯微鏡（SEM，Phenom ProX 拍攝）揭示：殼板橫截面呈現(xiàn)清晰的層狀結(jié)構，而殼板內(nèi)表面由隨機取向的晶體結(jié)構構成。

4. 免疫電子顯微鏡（IEM）分析顯示：這些層狀結(jié)構由幾丁質(zhì)構成（以粉紅色標注）。

2.硬質(zhì)“方解石晶體"：像磚塊一樣嵌在幾丁質(zhì)之間，提供硬度和抗沖擊性能

d. 在體外對 ctg452.10 蛋白的功能驗證。掃描電鏡圖像顯示了在不同濃度的牛血清白蛋白（BSA）和重組 ctg452.10 蛋白（rctg452.10）條件下碳酸鈣晶體的沉淀情況。紅色箭頭表示 ctg452.10 蛋白形成絲狀纖維。

3.關鍵的“BSF 蛋白絲"：像生物膠水一樣把兩者緊密粘合在一起，使結(jié)構堅固又不脆裂

e. rctg452.10 蛋白與幾丁質(zhì)和方解石的結(jié)合實驗結(jié)果，以牛血清白蛋白（BSA）作為對照，通過考馬斯染色進行可視化。

f. 示意圖展示了 bsf 基因的功能以及藤壺外殼形成的機。

這種結(jié)構模式非常類似人類工程中的 “纖維增強復合材料（FRP）"，但自然界通過幾億年演化造得更精巧。

03.科學意義：自然界強“水下膠水"的秘密被打開

藤壺殼層具備多種工程上難以同時實現(xiàn)的特性：

• 強黏附（能在海水中粘住金屬、混凝土、巖石）

• 耐腐蝕

• 高韌性（不會一碰就碎）

• 潮濕環(huán)境穩(wěn)定

• 可長期抗海浪沖擊

傳統(tǒng)材料很難同時兼具“濕態(tài)黏附 + 結(jié)構強度"，但藤壺通過“ bcs-6 + bsf + 微納殼層架構"完成了這一進化奇跡。這項研究為仿生材料提供了明確方向：如水下膠黏劑、海洋防護材料、濕環(huán)境黏附劑、以及有機–無機復合結(jié)構設計等。自然界已經(jīng)花了幾億年為我們做了“材料學實驗"，現(xiàn)在我們借助顯微技術重新認識它。

兩個新基因，一套微納復合殼層，一種適應的固著生活方式，飛納電鏡幫助科學家捕捉到了這些結(jié)構如何被“編織"“黏合"“構建"出來的微觀過程。從藤壺到仿生科技，自然的秘密正在被重新發(fā)現(xiàn)，而每一次“看見"，都讓創(chuàng)新更進一步。