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學院、海水養殖生物育種全國重點實驗室柯才煥教授、馮丹青教授團隊，與環境與生態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》發表在 Nature Genetics 上，給出了答案：藤壺擁有兩個在進化中“新出現”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構、蛋白質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、腐蝕性環境，需要強粘附力和防御“裝甲”。這種生活方式在節肢動物中沒有的，意味著它必然經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：藤壺的固著生活，是由兩個“新基因”推動的演化創新。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“復合結構”

這些發現對理解“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”。

飛納電鏡下，可以清晰看到三種關鍵結構：

1.柔性“幾丁質纖維網”：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表面位置，以及用于轉錄組分析的藤壺組織取樣區域。

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

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

2.硬質“方解石晶體”：像磚塊一樣嵌在幾丁質之間，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，使結構堅固又不脆裂

e. rctg452.10 蛋白與幾丁質和方解石的結合實驗結果，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）

• 潮濕環境穩定

• 可長期抗海浪沖擊

傳統材料很難同時兼具“濕態黏附 + 結構強度”，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、濕環境黏附劑、以及有機–無機復合結構設計等。自然界已經花了幾億年為我們做了“材料學實驗”，現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現，而每一次“看見”，都讓創新更進一步。