变色龙“变色”，荷叶不沾水……原来都是自然界的“分子制造”

伪装大师变色龙是如何变色的？荷叶为何能够不沾水？病毒又是怎样精准侵入细胞的？……

浩瀚的大自然中，神奇无处不在，令人匪夷所思，这些现象背后有着什么科学原理？这些独特的生存策略和精妙的结构设计又是什么呢？这不得不感叹自然界分子制造的神奇魅力。本文在阐释分子制造基础和概念的同时，以这三种动物植物微生物典型案例为引，来探讨挖掘自然界的分子制造奇迹，从而更好地为科技创新服务，赋能新质生产力发展。

一、分子：分子制造的基础

意大利著名化学家阿伏伽德罗在1811年发表分子学说，提出了分子的概念：分子是在游离状态下单质或化合物能够独立存在的最小质点。分子是由原子组成的，单质分子由相同元素的原子组成，化合物分子由不同元素的原子组成。分子，作为物质构成的基础单元，是我们赖以生存的根本，它们通过复杂的相互作用，共同构建了我们的物理世界。

分子制造，作为对纳米尺度内的分子的化学反应以及分子相互作用的组装、自组装过程的诱导、干预和控制的技术，不仅是科学前沿技术，更是自然界在微观层面的奇迹，值得我们去探索和解析。

二、动物界伪装大师变色龙：动态分子制造的奇迹

人人皆知很多动物都会变色，而变色龙的伪装能力最为出色，它可以随周围环境变换五六种身体颜色来躲避侵袭，是当之无愧的“伪装大师”。因为变色龙的皮肤中含有多种色素细胞，这些细胞能够在光线、温度等环境影响下通过收缩或扩张来改变皮肤颜色。

更为神奇的是，变色龙的皮肤中还含有一种特殊的细胞——虹细胞，它们能够通过改变纳米晶体的结构来调控光线的折射和反射，实现更为复杂的颜色变化。

当变色龙处于不同环境或情绪状态下时，其皮肤中的色素细胞和虹细胞会协同工作，通过精准的分子调控机制实现颜色的快速变化。这种动态分子制造的过程不仅令人惊叹，也为人类研究颜色调控机制、开发新型显示材料提供了重要的启示。

三、荷叶不沾水的秘密：纳米结构的分子制造

每当我们欣赏美丽荷花的时候，经常能看到一个有趣的画面：停留在荷叶上的水珠，不仅不会把荷叶浸湿，反而还会在荷叶上自由滚动，仿佛荷叶表面覆盖了一层看不见的薄膜，当风吹动荷叶摇摆，水珠滑落时还会带走荷叶中的泥土，非常神奇！

科学家对此现象进行了深入地研究，德国植物学家威廉·巴特洛特在1997年揭开了荷叶不沾水的机理，我们在高倍电子显微镜下，可以观察到荷叶表面布满了很多微小的乳突，而且间隔很小，乳突与乳突之间又存在着很多凹陷部分，这些凹陷部分充满空气后，就会在贴紧叶面的地方形成一层薄薄的纳米级空气层。这种纳米级的微观结构赋予了荷叶一种双疏效果，即既不沾水也不沾油。与此同时，乳突上还覆盖着一层蜡质物体（蜡棒），对水具有排斥作用,从而进一步增强了荷叶的防水性能。

荷叶的这一特性极大地启发了人类在防水材料、自清洁表面等领域的研究与应用。科学家们通过模仿荷叶表面的纳米结构，开发出了多种高性能的防水、防污材料，推动了材料科学的进步。

四、病毒侵入细胞的过程：分子识别的精准制造

病毒作为自然界中最小的生物体之一，其侵入宿主细胞的过程充满了分子制造的智慧。这一过程大致可以分为吸附、侵入、脱壳、生物合成组装和释放五个阶段，其中吸附和侵入尤为关键。因为病毒表面的吸附蛋白需与宿主细胞表面的受体特异性匹配，才能实现精准吸附。这种分子识别机制是病毒感染成功与否的关键，也是其特异性的核心。一旦吸附成功，病毒可通过不同的方式将遗传物质注入到宿主细胞中，完成侵入过程。

在侵入过程中，病毒需要克服宿主细胞的防御机制，如细胞膜的屏障作用。为此，病毒进化出了多种策略，如利用自身的酶类降解细胞膜成分，或通过与细胞膜融合的方式直接进入细胞内部。这些策略的实现，都离不开病毒表面蛋白与宿主细胞受体之间的精准分子识别与相互作用。

病毒侵入细胞的过程，是自然界中分子制造精准性的生动体现。它不仅揭示了病毒与宿主细胞之间复杂的相互作用关系，也为人类研究病毒感染机制、开发抗病毒药物提供了重要线索。

五、结语：自然界中的分子制造与人类智慧的启迪

自然界中还存在着许多的分子制造奇迹，如蝴蝶翅膀的色彩产生机制、海胆刺的抗压外壳和天然橡胶的生产等等。它们不仅展示了自然界中分子制造的精妙和复杂，也为人类科学研究和技术创新提供了丰富的灵感和素材。

科学家们通过模仿和学习，已经研制出了免洗衣服、柔性可穿戴电池、隐身衣等分子制造领域前沿产品，在材料科学、生物医学、信息技术等多个领域取得了重大突破。

未来，随着对自然界分子制造机制研究的深入，我们有望开发出更多高性能、智能化的新材料和新技术，为人类科技进步和经济社会发展服务。让我们一起关注分子制造，在锻造新质生产力科技钥匙的道路上不断前行！

作者：徐锡莲，杭州市科技工作者服务中心、杭州市国际民间科技交流中心。