一群金槍魚(yú)圍繞著漁船嬉戲，你垂涎三尺。可惜揮桿數(shù)次，沒(méi)有一次能成功釣上一條。
金槍魚(yú)不上鉤怎么辦？好辦，撤掉你的魚(yú)餌，換成新鮮活潑的吸盤(pán)魚(yú)試試看。
對(duì)，就是那條像被人踩到腦袋，后腦勺上頂著一只大鞋印的吸盤(pán)魚(yú)。
不用魚(yú)鉤，用繩子捆牢吸盤(pán)魚(yú)的尾巴，放它下水。吸盤(pán)魚(yú)趁金槍魚(yú)游過(guò)身邊時(shí)，拿頭去蹭它的肚皮，腦袋上的鞋印吸盤(pán)一下子就吸到金槍魚(yú)的肚皮上。這時(shí)只要收收魚(yú)繩，一條50斤重的金槍魚(yú)就上手了。不用擔(dān)心會(huì)把吸盤(pán)魚(yú)從金槍魚(yú)肚皮上扯下來(lái)，它的吸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)你的想象，秒殺你家掛毛巾的吸盤(pán)掛鉤。
你把吸盤(pán)掛鉤按壓在瓷磚上，擠出吸盤(pán)下面的空氣。吸盤(pán)內(nèi)外存在壓強(qiáng)差，吸盤(pán)被外界空氣壓緊在墻上，可以承受自身和毛巾的重量。吸盤(pán)魚(yú)的吸附原理跟吸盤(pán)掛鉤類似，吸盤(pán)魚(yú)吸住金槍魚(yú)的肚皮，把吸盤(pán)下的海水?dāng)D出，依靠水壓差把吸盤(pán)緊緊壓實(shí)在金槍魚(yú)身上。
你懂物理，會(huì)利用壓力差。吸盤(pán)魚(yú)不懂，但它也會(huì)利用壓力差。看上去沒(méi)什么稀奇的吸盤(pán)原理，吸盤(pán)魚(yú)的吸盤(pán)卻比你的掛鉤吸盤(pán)要精致得多。你的掛鉤只能在光滑干凈的表面上使用，而吸盤(pán)魚(yú)的吸盤(pán)什么表面都能吸附。你的掛鉤用過(guò)一段時(shí)間就失去吸力，而吸盤(pán)魚(yú)的吸盤(pán)能用一輩子。最最厲害的是，你的吸盤(pán)在潮濕環(huán)境下就失去了吸力，而吸盤(pán)魚(yú)的吸盤(pán)不僅在水里，還能在空氣里使用，它的吸力比你掛鉤的吸力強(qiáng)好幾倍。
吸盤(pán)魚(yú)的吸力為什么那么厲害？我們先看吸盤(pán)的結(jié)構(gòu)，再講它有什么獨(dú)特的秘密。
吸盤(pán)是怎么長(zhǎng)出來(lái)的吸盤(pán)魚(yú)的游泳技術(shù)很糟糕，但是它巡游過(guò)的海域卻很廣闊。一只吸盤(pán)吸附在各種大魚(yú)身上，就能游遍海洋。
它還有個(gè)名字叫順風(fēng)車魚(yú)，鯊魚(yú)，鯨魚(yú)，還有海龜，都是它的旅行車。一旦上車，吃喝不愁，大魚(yú)們吃剩下的殘?jiān)褪撬募Z食。搭膩一輛車后，下車換另一輛。
吸盤(pán)魚(yú)的學(xué)名叫?魚(yú)，成年?魚(yú)最大能長(zhǎng)到1米長(zhǎng)。身材細(xì)長(zhǎng)的?魚(yú)，跟其他魚(yú)最大的區(qū)別就是腦袋上頂著的吸盤(pán)。
上圖是吸盤(pán)細(xì)節(jié)，吸盤(pán)像一只橢圓的扁盤(pán)子，一圈厚厚的結(jié)締組織，像嘴唇一樣柔軟地包住盤(pán)子，這圈厚墊叫做盤(pán)唇。盤(pán)子里一排排薄板上垂直排列著齒狀小刺，薄板像鞋底的紋路一樣對(duì)稱規(guī)整。外形奇特的吸盤(pán)，卻不是魚(yú)兒身上新長(zhǎng)出來(lái)的組織，而是由魚(yú)鰭變化而來(lái)。只是為什么魚(yú)鰭會(huì)長(zhǎng)到后腦勺上？
一塊在瑞士出土，3000萬(wàn)年前的化石回答了這個(gè)問(wèn)題。上圖是化石上的吸盤(pán)魚(yú)，吸盤(pán)長(zhǎng)在背脊上。古魚(yú)背部魚(yú)鰭的鰭刺擴(kuò)大，形成一個(gè)吸盤(pán)。古吸盤(pán)比較小，吸盤(pán)內(nèi)組成鞋印的一排排小刺也很稀疏。經(jīng)過(guò)了3000萬(wàn)年的演化，吸盤(pán)遷移到腦袋上，吸盤(pán)內(nèi)的纖維小刺結(jié)構(gòu)也變得更加緊密精致。
追蹤現(xiàn)代吸盤(pán)魚(yú)的魚(yú)卵發(fā)育過(guò)程，可以看到吸盤(pán)發(fā)育方式跟正常魚(yú)鰭的發(fā)育沒(méi)有什么不同。在成長(zhǎng)過(guò)程中，吸盤(pán)魚(yú)的背鰭會(huì)慢慢膨脹，朝著腦袋方向移動(dòng)。當(dāng)身長(zhǎng)長(zhǎng)到3厘米時(shí)，背鰭已經(jīng)完全成型，變成一只2毫米的吸盤(pán)。
背鰭變成的吸盤(pán)，有3大特點(diǎn)，一是吸附牢靠，二是不挑材質(zhì)，三是快速脫離宿主時(shí)不損傷表皮。
吸盤(pán)能把吸盤(pán)魚(yú)牢牢固定在大魚(yú)身上，無(wú)論大魚(yú)怎樣扭曲身體，翻騰跳躍，都不會(huì)被拆散。另外，吸盤(pán)不挑吸附材質(zhì)，粗糙的鯊魚(yú)皮，光滑的海龜殼，黏糊糊的金槍魚(yú)皮，木制的舢板，金屬的漁船，吸盤(pán)魚(yú)統(tǒng)統(tǒng)都能吸上去。而且吸盤(pán)魚(yú)能輕松脫離大魚(yú)身體，不會(huì)在大魚(yú)皮膚上留下傷口。
更加厲害的是，一旦吸盤(pán)吸附到大魚(yú)身上，吸盤(pán)魚(yú)就不用再耗費(fèi)力氣再去管它。換句話說(shuō)，它的吸盤(pán)跟你家毛巾吸盤(pán)掛鉤一樣，屬于被動(dòng)型吸附。
佐治亞理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)解剖了吸盤(pán)魚(yú)，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)周圍是淺色的肌肉組織，說(shuō)明肌紅蛋白的含量很低。如果吸盤(pán)魚(yú)需要?jiǎng)佑眉∪猓鲃?dòng)吸附住大魚(yú)的話，肌肉組織應(yīng)該呈現(xiàn)出高濃度的肌紅蛋白。而低含量的肌紅蛋白證明了吸盤(pán)屬于不費(fèi)力氣的被動(dòng)型吸附。[頭條-法蘭西is培根-未經(jīng)授權(quán)請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載其他平臺(tái)]
吸盤(pán)的秘密吸盤(pán)的盤(pán)唇吸附在大魚(yú)身上，盤(pán)唇會(huì)把吸盤(pán)周圍密封住。盤(pán)內(nèi)薄板上的小刺與大魚(yú)皮膚之間不停摩擦，高摩擦力增加了吸附能力。
被動(dòng)型吸盤(pán)的吸力為什么那么強(qiáng)，而且還不挑材質(zhì)，哪里都能吸附？你看毛巾掛鉤，只有在玻璃和瓷磚的平滑表面上才能吸附牢靠。
北航大學(xué)團(tuán)隊(duì)，破解了盤(pán)唇吸附的秘密，它的關(guān)鍵在于：盤(pán)唇皮膚的表層和底層之間，多了一層獨(dú)特的垂直纖維結(jié)構(gòu)。
上圖是團(tuán)隊(duì)拍攝的盤(pán)唇微觀細(xì)節(jié)，在皮膚表層下，有一層垂直排列的膠原纖維。垂直纖維層厚度為250～500μm，纖維束的直徑為5～15μm，彎曲的纖維束稀疏地排列在中間層。
正是這層稀疏彎曲的纖維束，增強(qiáng)了吸盤(pán)的吸力。團(tuán)隊(duì)測(cè)試了吸盤(pán)的機(jī)械性能，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)在3個(gè)方向（圓周，徑向和垂直方向）的拉伸彈性各不相同，垂直方向上的拉伸彈性比水平方向的彈性要大3倍以上。
測(cè)試數(shù)據(jù)證明了團(tuán)隊(duì)推測(cè)：盤(pán)唇中間層的卷曲纖維，加大了吸盤(pán)的彈性，增強(qiáng)了吸力。也就是說(shuō)，比起沒(méi)有纖維層的盤(pán)唇，你得花更大的力氣才能把它從大魚(yú)肚皮上拽下來(lái)。
另外，加了纖維層的盤(pán)唇，吸附時(shí)間更長(zhǎng)。如果在你家的吸盤(pán)掛鉤上，加了這層垂直纖維。掛鉤粘貼的時(shí)間能多出3倍以上。
人造吸盤(pán)破解了盤(pán)唇秘密的北航團(tuán)隊(duì)，模仿盤(pán)唇結(jié)構(gòu)，制造了人造吸盤(pán)。
團(tuán)隊(duì)用靜電植絨技術(shù)，在硅膠上加了一層垂直方向上的尼龍纖維，組成復(fù)合材料。
加了纖維層的復(fù)合材料***的吸盤(pán)，和同樣尺寸的普通硅膠吸盤(pán)，一同進(jìn)行水下吸力測(cè)試。水下粘附時(shí)間，普通吸盤(pán)為6分鐘，復(fù)合吸盤(pán)為26分鐘，提高340%。
在空氣中的測(cè)試，復(fù)合吸盤(pán)的粘附力提高62.5%，它能輕松提起280克的排球，而普通吸盤(pán)做不到。更加厲害的是，在潮濕環(huán)境中，普通吸盤(pán)失效，而復(fù)合吸盤(pán)依然管用。還有，普通吸盤(pán)只能在平面上使用，而復(fù)合吸盤(pán)能提起不規(guī)則物體，比如西瓜。下圖是復(fù)合吸盤(pán)在潮濕環(huán)境中懸掛西瓜和4公斤的瓶裝水。
團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)研究復(fù)合材料，改善吸盤(pán)性能，制造出像吸盤(pán)魚(yú)一樣強(qiáng)大的吸盤(pán)。人工吸盤(pán)，也能像搭順風(fēng)車的吸盤(pán)魚(yú)一樣，吸附在鯊魚(yú)或藍(lán)鯨的身上巡游海洋，實(shí)時(shí)收集海洋和魚(yú)類的信息。
只要簡(jiǎn)單地加一層垂直纖維層，就能成倍改善吸盤(pán)的吸力，提高粘附時(shí)間，吸附不規(guī)則物體。這是不懂物理的吸盤(pán)魚(yú)，教會(huì)人類的一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
生活在海洋里，卻連游泳都懶得花力氣的吸盤(pán)魚(yú)，懶惰有懶惰的資本。擁有一只其他魚(yú)兒比不上的吸盤(pán)，懶漢魚(yú)便能游遍海洋。
自然界一直走在我們的前面，普通的一條魚(yú)，也有遠(yuǎn)超我們的精工制造。
參考資料：
1：“VerticalFibrousMorphologyandStructure-FunctionRelationshipinNaturalandBiomimeticSuction-BasedAdhesionDiscs”，SiweiSuetal.,Matter,Feb.26,2020
2：“Abioroboticadhesivediscforunderwaterhitchhikinginspiredbytheremorasuckerfish”，YuepingWangetal.,ScienceRobotics,2017
3：“Bioinspiredremoraadhesivediscoffersinsightintoevolution”，KaelynMGameletal.,Bioinspiration&Biomimetics,2019
附：今天更新自然界里的秘密系列文章，這是第31篇：吸盤(pán)魚(yú)。
