身高一米八的人，如何才能将脖子伸长到近60米？

想象一个身高1.83米的人，将脖子伸长到近60米，然后若无其事地收回来。这种行为相当奇怪，却是单细胞生物天鹅长吻虫（Lacrymaria olor）独特的捕食技巧。

天鹅长吻虫平时呈泪滴状，体长约40微米，末端有一个小突起。在探测到食物的一瞬间，长吻虫的突起会猛地伸长，长至自身长度约30倍，像尼斯湖水怪一样捕捉远处的猎物。而后，这一突起又会快速缩回，仿佛什么都没有发生过。

这样复杂的行为一直令科学家很费解，天鹅长吻虫究竟如何存储如此长的吻部，它又是如何在不撕裂细胞膜的情况下迅速伸长和缩回长吻。出于强烈的好奇，在过去的7年里，美国斯坦福大学生物工程系的副教授马努·普拉卡什（Manu Prakash）和研究生埃利奥特·弗劳姆（Eliott Flaum）研究了这种原生生物的一举一动。最近，他们似乎终于解开了这一谜题。

在《科学》（Science）上发表的一篇文章中，弗劳姆和普拉卡什揭示了一种在生物学中从未被发现过的几何机制。他们发现，天鹅长吻虫的细胞膜及其内部结构会像折纸一样折叠，因此可以被轻松地拉开并重新折叠。

此前，这种单细胞生物不同寻常的捕食技巧引发了一系列潜在的疑问。比如，细胞膜若想如此剧烈地变形，往往需要消耗大量的能量——而且以它伸展吻部的速度，也无法及时产生足够的新细胞膜。此外，它的吻部必须极度灵活，才能够快速移动。但与此同时它又必须具有足够的刚度和稳定性，以免稍有不慎就折断。然而，天鹅长吻虫独特的几何技巧，能一举解决所有这些问题——将吻部的细胞膜层层折叠起来。

通过结合显微镜观测和实时成像，弗劳姆和普拉卡什发现天鹅长吻虫细胞膜的骨架——微管蛋白在长吻处以螺旋状层层折叠排布，而细胞膜则像一层薄纱一样，以整齐、轮廓分明的褶皱形式隐藏在细胞内部。随着微管的卷曲和展开，细胞膜也会随之有序地展开，形成接近圆柱体的结构。

“如果用这种方式在螺旋形状的锥状结构上存储褶皱，你几乎可以存储无限量的材料，”弗劳姆解释道。事实上，长吻虫折叠的过程与吉村折纸（Yoshimura origami）有些相似，不过，吉村折纸中的圆柱由一系列可以展开和折叠的菱形网格组成。从数学上看，长吻虫这种折纸结构不可能以任何其他方式展开或折叠，这也让它的伸长和回缩无比稳定，且能够以最小的能量成本控制这一过程。这意味着，它变形所需的力和能量都很小。

然而，围绕天鹅长吻虫的谜团依然没有完全解开：当微米级的物体在水中相向移动，会自然地产生排斥力，此时突出的长吻应该会使得猎物漂走。这种情况当然没有发生，其背后的机制仍有待探索。

本文选自《环球科学》8月刊“前沿”栏目。

封面图片来源：pixabay

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