科学家首次成功复制章鱼的超强伪装能力

加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）研究人员取得重大突破，让细菌能高效合成出实现章鱼变色伪装的关键色素“黄嘌呤素”（xanthommatin）。该研究不仅揭示了自然界“隐身术”的奥秘，还为生产新型可持续材料铺平了道路。

章鱼、鱿鱼和墨鱼等头足类动物以其奇特的伪装能力闻名——能够瞬时改变皮肤颜色和纹理，融入周围环境。这一奇观的背后，是复杂的色素黄嘌呤素在发挥作用。长期以来，这种色素的独特变色潜力吸引了众多科学家与国防机构，但在实验室条件下，大规模合成这种色素却始终困难重重。

UC San Diego下属斯克里普斯海洋研究所团队创新性地利用生物方法，让细菌“工厂”生产黄嘌呤素，产量达到以往方法的1000倍。新方法不仅让科学家得以更深入研究这种色素，还未来在可持续染料、紫外线阻隔材料、先进涂层与光电元件等领域带来无限可能。

“这是我们首次在细菌中高效制造这种天然色素，大幅加快了相关材料的生产进程。”该团队负责人、海洋化学家Bradley Moore教授表示，“正是黄嘌呤素让章鱼和鱿鱼具备这种神奇的伪装能力，我们的进展只是冰山一角。”

据介绍，这项研究已于本月3日发表在《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）期刊上，由美国海军研究办公室、瑞士国家科学基金会、诺和诺德生物可持续基金会等联合资助。

研究人员指出，这不仅揭示了自然界变色奇观背后的化学机理，还可为生产其他有用的天然化合物提供绿色可持续的制造路线，助力工业远离以石油为基础的传统工艺。

研究团队采用“生长偶联生物合成”策略，将细菌的生存与色素产出直接绑定：经过基因改造，“带病”细菌只有在同时生成目标色素和甲酸的情况下才能存活，而甲酸又反过来促进细胞生长，由此形成色素自我驱动合成循环。

“我们必须创造出一种全新的方法，才能解决这一难题。”论文第一作者、现任斯坦福大学副教授Leah Bushin回忆道，“本质上，我们就是让细菌‘自愿’制造我们需要的东西。”

团队还利用机器人自动进化和定向筛选技术，让细胞在两个高通量自适应实验中不断进化，使色素产量持续提升；再结合特制生物信息工具，定位和强化了提升细菌生产效率的关键基因突变。

以往利用微生物生产黄嘌呤素的效率极低，每升不到5毫克。而新技术将产量提高至每升1至3克，提升了约千倍。

“成功那一刻让我终身难忘。实验放了一夜，第二天发现管子里生成了大量色素，非常激动！”Bushin表示。

团队认为，这一灵感来自自然、无侵入式的工艺，有望彻底革新生物材料与化学品的制造方式。美国国防部、化妆品公司等多家机构已对该材料表现出兴趣，包括伪装用材料、环保防晒霜、变色涂料、智能感应器等新型应用。

“为了8亿人口持续生存的人造生活方式，我们必须重新思考材料制造。从这项突破可以看到，仿生科技正带来对人类和地球更友好的新路线。”Moore总结道。

编译自/ScitechDaily