石鳖牙齿：大自然的超级材料，赋能未来科技

乍一看，石鳖——这种常附着在海边岩石上的软体动物，似乎平平无奇。然而，在其不起眼的外表之下，隐藏着一个生物学奇迹：一排排异常锋利耐用的牙齿，科学家们正密切研究它们在材料科学领域潜在的革命性作用。

8月7日发表在《科学》杂志上的一项最新研究，深入探讨了石鳖牙齿非凡的强度和韧性。研究人员细致分析了这种软体动物的解剖结构，揭示了一个涉及铁结合蛋白的极其精确且一致的生物过程。加州大学材料科学家、该论文的合著者戴维·基赛勒斯（David Kisailus）表示，这种复杂的机制形成的牙齿结构“优于工业切削工具、研磨介质、牙科植入物、外科植入物和保护涂层中使用的材料”。更令人印象深刻的是，与通常需要高温和复杂工艺的人造材料不同，石鳖在室温下就能以纳米级的精度生产出这些超硬结构。

这项新研究阐明了这种独特材料合成背后的基本生物学途径，为未来先进材料制造的进步提供了宝贵见解。基赛勒斯强调，人类可以从这些精妙的生物设计和过程中汲取深刻的经验。基赛勒斯及其团队与日本的研究伙伴合作，重点研究了在美国西北部和北海道沿海地区发现的较大石鳖物种。他们的研究识别出RTMP1——一种石鳖特有的蛋白质，它在铁沉积到石鳖牙齿上起着关键作用。虽然此前已知这种铁沉积使石鳖能有效地刮除岩石上顽固的海藻，但这些蛋白质相互作用的精确机制和时机仍是个谜。

为了解开这个生物学谜团，研究人员结合了材料科学和分子生物学技术，精确绘制了该蛋白质在石鳖解剖结构中的移动路径。他们发现RTMP1通过从每颗牙齿延伸出的微观通道移动，随后与决定磁铁矿（一种天然存在的氧化铁）精确结构的化合物结合。与此同时，另一种在石鳖牙齿附近组织中储存铁的蛋白质——铁蛋白，也释放其铁储备。这种同步过程最终促成了新牙齿生长成整齐排列的超硬结构，这些结构还具有磨损后惊人的再生能力。

这些发现为仿生学提供了令人信服的案例，展示了自然界制造材料的能力远远超越了当前人类的能力。基赛勒斯指出，进一步探索石鳖牙齿的独特性能，可能为“其他材料的空间和时间受控合成”的进步铺平道路。这包括广泛的应用领域，例如开发更高效的电池、创新的燃料电池催化剂和先进的半导体。此外，所获得的见解可以启发增材制造（通常称为3D打印）的新方法，并带来更环保和可持续的合成方法。对于石鳖这种视觉上不起眼的生物来说，其牙齿的卓越性能为材料科学的未来提供了一把令人惊讶的钥匙。