零距離科學：仿生學之「最強防禦」

文：吳家亮（香港中文大學通識教育基礎課程講師）
圖：香港電台

不知道大家是否喜歡看《多啦A夢》（我還是喜歡稱它作《叮噹》）？裏頭的法寶樣樣新鮮，是孩童時我夢寐以求的禮物，可惜從沒夢想成真！其中最讓我著迷的是「竹蜻蜓」，我常幻想可以從家中窗戶飛回學校上課。「竹蜻蜓」物如其名，取自蜻蜓的形態，可以說是仿生學的卡通體現。

今集的《零距離科學》，從「抵抗」（Resistance）的角度，帶領大家一睹科學家如何在大自然覓得靈感，創造出媲美叮噹法寶的仿生科技成果。

抗震刺蝟頭盔

美式足球是北美非常普及的運動，比賽期間充滿著碰撞，每年更有為數不少的運動員出現腦震盪。倘約科學家能製造出一款「超級抗震頭盔」，便會是這個行業的福音！這也是一門大生意，投資在研發上的資金已達逾千億美元。

這時，科學家從刺蝟身上取得了要訣。刺蝟在逃避追捕者時，常會從高處滾下，但一點傷也沒有！原來牠們有一殺著，就是蜷曲身體，把皮毛上的7千根刺豎起，然後像球般向下滾。

刺蝟金剛不壞之身的秘密正是來自牠們的刺。這些刺是空心的，讓它堅硬得來帶點彈性。這個特點讓它在受壓的時候會彎曲但不會折斷（把它們折斷要多用二百倍的力量）。此外，刺的排列也很重要，它們看似隨機地鋪在皮毛上，但實際上不同的刺互相穿插，以致一條刺受壓便會造成骨牌效應，讓其他的刺分擔了壓力。

科學家參考了刺蝟的刺的材質與分布，繼而發明了「抗震刺蝟頭盔」，讓運動員不致太容易受傷，延長他們的運動員生命。這抗震技術還可以應用在兒童汽車安全座椅、運動鞋和護老院的地板上。

人體兼容蜘蛛絲

人體其中一個奧妙之處，是免疫系統對外來物的排斥，但這也為醫學界帶來了難題。當進行某些醫學或美容療程時，醫生需要把植入物置於病人體內。免疫系統的排斥有時會導致發炎，甚至關節囊纖維化（Capsular fibrosis），需要再進行手術處理。倘若有辦法騙過免疫系統的攻擊，那就可以改善病人的術後治理。

科學家把目光投放在蜘蛛身上。眾所周知，蜘蛛會吐絲。那絲其實是甚麼？它們其實是一些絲蛋白（Silk protein）結構，有極高的強度、彈性，而且十分輕巧，最重要是能騙過我們的免疫系統。

既然這種蛋白那麼棒，科學家的下一步就是把它們大量生產。如果你以為科學家的方法是飼養大量蜘蛛，那抱歉，這方法不夠聰明……因為牠們的產出不太穩定，科學家其實是利用基因重組技術（Recombinant DNA Technology）的方法把絲蛋白的基因放進大腸桿菌（E. coli）內，利用這些細菌大量製造這蛋白。

接著，科學家用浸泡或噴灑的方式，在植入物的表面添上一層薄薄的絲蛋白塗層，然後便按照一般的程序進行植入手術。暫時，這種技術被使用在隆胸用的矽膠植入物上，科學家發現這種處理能讓植入物更好地融入人體的其他組織。

海蚯蚓替代血液

另一個醫學界面對的困難是關乎器官移植。當醫生把器官從捐贈者的身體上摘下來，就會把它放置在電解質保存液中，然後必須在特定時間內把器官植入病人體內（心臟—4小時；肺部—6小時；腎臟—12小時）。很可惜，有大約7成摘下來的器官最後都被浪費掉，沒能造福病人。倘若我們能延長器官儲存的時間，那便可以減低浪費的比例，拯救更多性命。

科學家這次在海灘上找到了答案。有一種叫海蚯蚓（Lugworm）的生物，牠們像魚般用鰓呼吸，卻有一半時間生活在沒水的沙洞中，令科學家大感詫異。原來，牠們的血液裏有一種非常厲害的血紅蛋白，每一顆能盛載156個氧份子！相比之下，一顆人體的血紅蛋白只能盛載四個氧份子而已。因著這個緣故，海蚯蚓不會在海灘潮退沒水的時候缺氧而死。

科學家這次真的購置了一塊地，大規模地飼養海蚯蚓。他們嘗試把摘下來的器官放進海蚯蚓的血液中保存，發覺保存的時期久了，而且，接受腎臟的病人會更快康復，腎功能也有更佳的提升。

科學家還發現，海蚯蚓的血液並沒有血型之分，並且可以在室溫的狀態下保存5年之久。那之後是不是可以成為全適供應者（Universal donor），作為人血的替代品，造福那些貧血病人，或是在戰場上急需血液做手術的士兵？

大自然的法寶

叮噹的法寶，只出現在卡通片中。大自然的出品，加上人類的智慧，卻可以轉化成仿生法寶，解決人類社會面對的問題。刺蝟、蜘蛛、海蚯蚓，看似沒甚麼特別，卻成就了三項抗震、抗排斥、抗缺氧的神奇發明（註：大家可以嘗試用叮噹的聲線讀讀我為它們改的名字）。下一件仿生法寶的靈感，會否就在你我的附近？

《零距離科學》（節目網站）集合世界各地有趣的科學紀錄片，網羅與大眾息息相關的科學資訊，啟發觀眾的好奇心和求知慾，節目逢星期五晚9時30分在港台電視31及31A播映。本集於7月24日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

責任編輯：Alvin
核稿編輯：Alex