科学家复制章鱼伪装术，隐身衣真的可以实现？

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北太平洋巨型章鱼（Enteroctopus dofleini）这类头足类动物堪称伪装大师。随着研究人员愈发深入地了解这些生物如何 “隐藏在众目睽睽之下”，他们也在尝试将章鱼的 “伪装绝技” 应用于人类技术研发中。｜国家地理图片集

若论“隐形”能力，章鱼及其他头足类动物堪称自然界的冠军。它们能根据环境需求瞬间调整体色与皮肤纹理，与周遭环境完美融为一体。

当一只章鱼滑过沙地、蜷缩于岩石缝隙或钻进海藻丛时，其体表的颜色和质地会持续变化——从颗粒感的米黄色过渡到斑驳的灰色，再变幻为虹彩般的翠绿色，以此精准匹配不同的背景。

乌贼同样拥有令人惊叹的视觉欺骗能力，在水下光影摇曳的背景中，它们能让身体变得光亮、闪烁虹彩，甚至完全透明。

东北大学（Northeastern University）副教授莱拉·德拉维（Leila Deravi）指出，头足类动物究竟如何实现这种瞬时伪装，自公元前350年亚里士多德首次记录这一现象以来，便一直是困扰人类的谜团。

德拉维所在的生物材料设计小组正是致力于仿生学研究的机构。“头足类动物的皮肤中分布着多种具备不同功能的光学器官，”德拉维解释道，“加之它们拥有极为复杂的神经肌肉控制系统，使其能够呈现出自然界其他动物无法企及的动态视觉效果。” 

人类或许能从这些生物身上获得启发。科学家们近期展示了一系列模仿此类生物机制的创新材料——包括可拉伸反光皮肤、能折射光线的变色薄膜、光散射纤维，以及可改变纹理的硅网织物。这些材料有望欺骗人眼，实现“隐形”般的视觉效果。

目前，大多数研究仍处于测试与原型开发阶段，科学家正与工程师及制造商合作，致力于解决量产难题。

不过，加州大学欧文分校的副教授阿隆·戈洛德茨基（Alon Gorodetsky）——他是多项头足类仿生伪装材料的先驱——表示，制造商对此兴趣浓厚，相关产品有望在未来十年内进入消费市场。

“这一过程看似漫长，但我们确实取得了重大突破，”他说，“一旦这项令人兴奋的技术真正落地，人们必将用它创造出各种我们目前难以想象的新奇应用。”

玩转色素

头足类动物的皮肤下分布着微小的色素细胞，这些细胞通过收缩释放一种名为黄质色素（Xanthommatin）的变色色素。对于部分研究人员而言，这种色素正是将海底“魔法”带入人类世界的关键。

近期，德拉维与加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的团队宣布，他们开发出一种高效、仿生的方法，能够无限量生产这种稀有色素。此前的生产方法不仅需要昂贵的前体化学物质，产量也极低。

相比之下，该研究的第一作者、现任职于斯坦福大学的助理教授莉亚·布什因（Leah Bushin）通过基因改造，使一种细菌为了生存必须合成黄质色素。

“通常在利用微生物合成化合物时，微生物本身并没有生产动力，”布什因说，“因此我们需要换个思路：‘能否让合成过程对生物体本身也有利？’” 

虽然目前该研究仅处于小规模生产阶段，但研究人员表示，由于过程简单且成本低廉，眼黄质的产量上限将极为可观。

“通过发酵，仅利用糖和水就能培养出昂贵的材料，这正是化学工程界的‘圣杯’，”该研究的合著者、同样来自加州大学圣地亚哥分校的布拉德·摩尔（Brad Moore）说，“我们正在将这些细菌训练成细胞内的高效微型化工厂。” 

事实上，该实验室生产黄质色素的成本已低至让高中生志愿者能尝试用其制作颜料并进行艺术创作。“虽然我们目前还只是业余水平，但玩得很开心，”摩尔说。

变色颜料或许是人们最先想到的应用，但这种色素在涂料、电子和化妆品领域同样潜力巨大。德拉维的实验室已为该色素的化妆品级版本申请专利，命名为“Xanthochrome”，主要用于防晒霜和护肤品。

此外，德拉维还与其实验室前研究生研究员卡米尔·马丁（Camille Martin）共同创立了护肤公司Seaspire，专门销售相关产品。

“研究表明，添加黄质色素能提升氧化锌防晒霜的临界波长，使其不仅能抵御紫外线，还能防护可见光，这对预防光老化至关重要。”光老化通常表现为皮肤变黑、长斑、皱纹及红血丝。

另一个优势在于：据德拉维的研究显示，Xanthochrome对珊瑚礁是完全安全的，在对珊瑚切片的测试中未发现任何副作用。

与此同时，这种将微生物改造成“色素工厂”的简易方法，在生产抗生素及其他药物化合物方面也具有广泛前景。

“为地球上80亿人口生产材料是一项昂贵的工程，因此简化生产流程对于经济可行性至关重要，”摩尔说，“而且这个过程随处可见——美国几乎每个拥有酿酒厂的小镇都有发酵罐。” 

头足类动物如何玩转光影？

除了色素细胞，生物伪装研究还聚焦于头足类动物皮肤的另外两种成分：虹色素胞（Iridiphores）和白色素胞（Leukophores）。前者能反射不同波长的光线产生乳白色光泽，后者则通过散射光线呈现白色。

今年6月，隶属于芝加哥大学的伍兹霍尔海洋生物实验室与加州大学欧文分校的研究人员，发现了乌贼皮肤中一种能使其在透明与乳白色之间按需切换的机制。

“很少有动物能改变自身的虹彩，而乌贼能在几毫秒内完成这一过程，”资深科学家罗杰·汉伦（Roger Hanlon）说，他的汉伦实验室专注于动物仿生伪装研究，“这种结构色的动态变化，正是人类工程学梦寐以求的目标。”

借助先进的3D成像技术，研究人员绘制了彩虹色素细胞的结构图，发现其中紧密堆叠的反射蛋白柱能像微型多层镜子一样动态操控光线。 

“乌贼具有从有色瞬间转为透明的非凡能力，而我们在研究中发现，正是含有这种特殊柱状结构的细胞赋予了它们这种能力，”加州大学欧文分校副教授阿隆·戈洛德茨基（Alon Gorodetsky）说。

他参与了包括这项6月发表的研究在内的多项乌贼仿生工程研究。 研究人员并未止步于此，他们进一步设计出一种柔性伪装皮肤，能够模拟反射蛋白结构的作用。

这些成果建立在快速积累的研究基础之上。早在2017年，就有研究展示了一种可编程纹理变换皮肤，能像章鱼模仿岩石纹理一样从2D表面变为3D凹凸结构。

2018年，戈洛德茨基团队发表了另一项备受瞩目的研究，展示了一种弹性乌贼皮，当它从起皱被拉平时，能通过改变反光方式规避红外探测。

在2023年12月发表的一项相关研究中，戈洛德茨基团队又创造了一种受蓝环章鱼（Blue-ringed octopus）启发的信号装置，能在整个电磁波谱范围内改变颜色和图案，从而欺骗探测系统。该装置还具备受损后自我修复的能力，这在太空等难以接近的环境中极具优势。

隐身的优势

尽管这些技术目前仍处于早期阶段，且面临量产挑战，但专家表示，部分伪装创新技术已为实际应用奠定了坚实基础。

那么，受头足类动物启发的伪装技术能否让《哈利·波特》式的隐形斗篷成为现实？答案或许并非绝对，但伪装创新仍带来了诱人的可能性。

“从物理和科学角度来看，真正的隐形恐怕难以实现，因为这需要打破太多物理定律，”戈洛德茨基说，“但虽然无法做到完全隐形，我可以让自己看起来与背景极度相似，使你无法察觉我的存在。如果能达到这种效果，那么‘可见’与‘隐形’就只是语义学上的区别了。”

汉伦则将这种“伪隐形”描述为“隐藏在众目睽睽之下”。“对于章鱼或其他动物而言，在视觉世界中想要不被吃掉，无非有两种选择：一是不被发现，二是展示无法被识别的图案。简而言之，这是动物在进化博弈中采取的两种基本策略。”

汉伦及其团队设计的材料已在军事防御领域展现出应用潜力，例如躲避热成像无人机的侦察。“我个人拥有丰富的军事背景，也曾在现实中迫切需要更好的伪装掩护，”汉伦说，他补充道，猎人也能从这项技术中获益。

戈洛德茨基指出，这些实验材料还有许多民用前景，例如能自适应环境变化的建筑反光层，以及防止电子产品过热的涂层。

“我非常期待这项技术能走进人们的日常生活，无论是应用于简单的露营装备，还是色彩更丰富、穿着更舒适的服装，”他说，“这是我的主要梦想和目标，希望能在未来十年内实现。”