科學家從「隱形大師」章魚身上學到什麼？

我們人類或許可以向這些動物學習。科學家最近證實，有一批創新材料可模擬這類生物程序，包括可延展的反光性皮膚、可折射光線的變色膜、可散射光線的薄膜和纖維、可改變紋理的矽網布料，這些材料具有欺騙眼睛、躲避偵測、看似消失的潛力。

大多數研究依然處於測試和原型階段，目前科學家正在與工程師和製造商合作來提升可擴展性，並努力克服製造問題。但加州大學爾灣分校的副教授艾隆．戈羅德斯基（Alon Gorodetsky）說，製造商對這類材料的興趣很高，而且在下個十年內，產品就可以開始觸及消費者。戈羅德斯基曾率先研發多種由頭足類動物啟發的偽裝材料。

「進度感覺非常緩慢，但我們已經達成一些非常重要的進展。」他說：「當你將令人興奮的技術引進現實世界時，大家就會利用它做各種有趣的事、我們先前想像不到的事。」

色素遊戲

頭足類動物的皮膚下有稱為色素細胞（chromatophore）的小囊，會收縮並釋放一種可變色的色素，稱為眼黃素（xanthommatin）。對於某些研究人員而言，這種色素是將海底魔法帶到人類世界的關鍵。

最近，德拉維及加州大學聖地牙哥分校斯克里普斯海洋研究所的同事宣布，他們已經開發出一種有效且以自然為基礎的方法，可無限量製造這種罕見色素。先前的既有方法需要昂貴的前驅化學物質，而且只能製造少量色素，但如今是史丹佛大學助理教授的首席研究員莉亞．布辛（Leah Bushin）將一種細菌進行基因改造，使它需要製造眼黃素才能存活。

「我們嘗試設計微生物來製造某種我們想要的化合物時，微生物通常都沒有製造那種化合物的動機。」布辛說：「所以我們想要重新思考這個問題：『我們有沒有辦法讓這個程序對微生物有利，讓它想要製造化合物？』」

這項研究已經以小規模製造眼黃素。但研究人員說，這項程序既簡單又平價，表示可製造的眼黃素根本是無窮無盡。

研究的共同作者布萊德．摩爾（Brad Moore）也任職於加州大學聖地牙哥分校，他說：「能夠讓生物體進行發酵作用，以簡單的醣類和水培養，然後獲得昂貴的材料，真的是化學工程界的聖杯。我們正在訓練或設計細菌，讓它們成為生活在細胞裡的超高效小型化學工廠。」

事實上，該實驗室製造眼黃素的成本實在非常低廉，於是摩爾招募了高中志工進行實驗，嘗試利用這種色素來製作顏料並用於藝術計畫。他說：「我們目前還非常外行，但我們玩得很開心。」

變色顏料可能是第一個想到的應用方式，但這種色素也可以在塗層、電子產品、美妝產品方面有許多其他用途。德拉維的實驗室已經為眼黃素的一種化妝品版本取得專利，命名為Xanthochrome，可用於防曬和護膚產品。此外，德拉維也與先前在她實驗室擔任碩士生研究員的卡蜜兒．馬丁（Camille Martin）合作，開設護膚公司Seaspire來行銷Xanthochrome及含有眼黃素的產品。

「我們的研究顯示，含有眼黃素的成分可為以氧化鋅製作的防曬油提升重要波長，讓它不僅可抵抗紫外線，也能抵抗可見光，這對於預防光老化非常重要。」光老化對皮膚的影響包括皮膚暗沉或「老人斑」、皺紋、蜘蛛網狀靜脈。還有一項益處是：Xanthochrome已證實為完全海洋友善；根據德拉維的研究，它在珊瑚枝上測試時，沒有顯示任何不良影響。

與此同時，透過基因工程將微生物變成色素工廠的簡單程序也具有製造其他化合物的廣泛潛力，特別是用於抗生素和其他藥品的化合物。

「製造材料來支撐地球上的80億人口，需要的成本真的很大，所以能夠簡化製造過程對於經濟可行性至關重要。」摩爾說：「而且我們可以在任何地方進行這套程序，在每個美國小鎮，只要自釀酒吧有發酵設備就符合條件。」

頭足類動物如何反射、折射、重定向光線

除了色素細胞之外，還有許多生物偽裝研究關注頭足類動物皮膚的其他兩種成分：一種是虹彩色素細胞（iridophore），可反射不同波長的光以產生更像蛋白石的色彩；另一種是白色素細胞（leukophore），可散射光線以呈現白色。

去年6月，芝加哥大學位於伍茲霍爾的海洋生物學實驗室（MBL）及加州大學爾灣分校發現魷魚皮膚的特殊機制，該機制讓這種難以捉摸的動物能夠視需求在透明和多種蛋白石色彩之間轉換。

MBL的資深科學家羅傑．漢倫（Roger Hanlon）說：「很少有動物能夠改變自己的虹彩色澤，但魷魚可以在幾毫秒內就做到。」他的漢倫實驗室著重研究以動物為靈感的偽裝。「所以，這種結構性色彩的動態變化正是人類世界想要用於工程的機制。」

研究人員利用先進的3D影像技術來測繪虹彩色素細胞的結構，並找到密集堆疊的反光蛋白（reflectin）柱，這些反光蛋白的作用就像迷你多層鏡，可動態操縱光線。

加州大學爾灣分校的副教授艾隆．戈羅德斯基參與多項以魷魚為靈感的生物工程研究，包括這項去年6月發表的研究。他說：「魷魚具備從有色變成透明的傑出能力，而我們在這項研究中發現，含有這些特化柱狀結構的細胞可讓魷魚發揮這種能力。」

研究人員繼續深入探討，他們設計一種具有彈性的偽裝皮膚，可模擬反光蛋白結構的作用。

這些發現是以快速成長的研究為基礎，最早可追溯至2017年的一項研究，該研究展示一種可設計且可改變紋理的皮膚，能夠從2D變形為3D，就像章魚的皮膚可能變得坑漥不平以符合周遭崎嶇嶙峋的岩石。2018年，戈羅德斯基和共事的研究人員發表另一項引人關注的研究，展示一種受魷魚啟發的彈性皮膚；這種皮膚從布滿皺紋拉到平滑時，可以透過改變反射光線的方式來躲避紅外線偵測。

在一項2023年12月發表的相關研究中，戈羅德斯基和共事的研究人員開發一種以藍環章魚為靈感的訊息傳遞裝置，這種裝置能夠改變電磁波譜的顏色和模式，進而有可能欺騙偵測系統。這種裝置也能夠在受損時自行修復，在外太空等人類難以抵達的地方是一大優勢。

隱藏優勢

這些發展都處於相對早期的階段，且面臨與大規模生產有關的挑戰，但專家表示，有一部分偽裝創新技術已打下堅實的基礎，有助於最終達成現實應用。

因此，受頭足類啟發的偽裝是否會實現哈利波特的隱形斗篷呢？不太可能，但偽裝創新技術依然提供誘人的可能性。

「我不認為在物理或科學上有可能變得隱形，這基本上是因為必須打破太多條物理定律。」戈羅德斯基說：「不過，雖然我不能隱形，但我可以看起來與背景非常相似，讓你看不出我在那裡。如果真能實現這種技術，那麼可見或不可見就只是語義上的問題而已。」

漢倫說，另一種描述這種「偽隱形」的說法就是在眾目睽睽之下隱藏。「如果你是一隻章魚或其他動物，在這個以視覺為主的世界裡，為了不被吃掉，你其實只有兩個選擇：第一，是不被發現；第二，是呈現出一種無法被辨識的花紋。簡而言之，這就是動物在這場至關重要的演化遊戲裡，最基本的兩種玩法。」

漢倫和同事設計的材料可應用於軍事防禦，例如讓設備和士兵不會被熱成像無人機偵測到。漢倫說：「我個人有豐富的軍事背景，而且曾經待的地方讓我希望現實世界裡有更好的偽裝技術。」他補充說，獵人也可能從這項技術中獲益。

戈羅德斯基說，這些實驗性材料也有許多其他日常用途，例如可自行適應環境變化的建築材料反射層、可避免電子產品過熱的塗層。

「我希望開發出大家可以日常使用的技術，無論是像露營裝備一樣簡單的用品或是稍微更多色彩且舒適的服飾都不例外。」他說：「這是我的重要夢想和目標，希望下個十年內能夠實現。」

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