自然界中的分子制造：賦能新質(zhì)生產(chǎn)力

“偽裝大師”變色龍是如何變色的？荷葉為何能夠不沾水？病毒又是怎樣精準侵入細胞的？……這些問題彰顯著自然界分子制造的神奇魅力。

在浩瀚的大自然中，神奇現(xiàn)象無處不在，這些現(xiàn)象背后蘊藏著怎樣的科學原理？本文在闡釋分子制造的基礎(chǔ)和概念的同時，以動物、植物、微生物領(lǐng)域的典型案例為引，探討自然界的分子制造奇跡，從而更好地為科技創(chuàng)新服務，賦能新質(zhì)生產(chǎn)力。

分子：分子制造的基礎(chǔ)

意大利著名化學家阿伏伽德羅在1811 年發(fā)表分子學說，提出了分子的概念：分子是在游離狀態(tài)下單質(zhì)或化合物能夠獨立存在的最小質(zhì)點。分子是由原子組成的，單質(zhì)分子由相同元素的原子組成，化合物分子由不同元素的原子組成。作為物質(zhì)構(gòu)成的基礎(chǔ)單元，分子是我們賴以生存的根本，它們通過復雜的相互作用，共同構(gòu)建了我們的物理世界。

分子制造作為對納米尺度內(nèi)的分子化學反應以及分子相互作用的組裝、自組裝過程進行誘導、干預和控制的技術(shù)，不僅是科學前沿技術(shù)，更是自然界在微觀層面的奇跡，值得我們?nèi)ヌ剿骱徒馕觥?/p>

“偽裝大師”變色龍：動態(tài)分子制造的奇跡

很多動物都會變色，而變色龍的偽裝能力最為出色，它可以隨周圍環(huán)境變換多種皮膚顏色，以此來躲避侵襲，是當之無愧的“偽裝大師”。變色龍的皮膚中含有多種色素細胞，這些細胞能夠在光線、溫度等環(huán)境影響下通過收縮或擴張來改變皮膚顏色。更為神奇的是，變色龍的皮膚中含有一種特殊的細胞——虹細胞，它們能夠通過改變納米晶體的結(jié)構(gòu)來調(diào)控光線的折射和反射，實現(xiàn)更為復雜的顏色變化。

當變色龍?zhí)幱诓煌h(huán)境或情緒狀態(tài)時，其皮膚中的色素細胞和虹細胞會協(xié)同工作，通過精準的分子調(diào)控機制實現(xiàn)顏色的快速變化。這種動態(tài)分子制造的過程不僅令人驚嘆，也為人類研究顏色調(diào)控機制、開發(fā)新型顯示材料提供了重要的啟示。

荷葉不沾水的秘密：納米結(jié)構(gòu)的分子制造

當我們欣賞荷花的時候，經(jīng)常能看到一個有趣的畫面：停留在荷葉上的水珠，不僅不會把荷葉浸濕，反而還會在荷葉上自由滾動，仿佛荷葉表面覆蓋了一層看不見的薄膜，當風吹動荷葉，水珠滑落時還會帶走荷葉上的泥土，非常神奇。

科學家對此現(xiàn)象進行了深入的研究，德國植物學家威廉·巴特洛特在1997 年揭開了荷葉不沾水的機理。在高倍電子顯微鏡下可以觀察到荷葉表面布滿了很多微小的乳突，而且間隔很小，乳突與乳突之間又存在著很多凹陷部分，這些凹陷部分充滿空氣后，就會在貼緊葉面的地方形成一層薄薄的納米級空氣層。這種納米級的微觀結(jié)構(gòu)賦予了荷葉一種雙疏效果，即既不沾水也不沾油。與此同時，乳突上還覆蓋著一層蠟質(zhì)物體（蠟棒），對水具有排斥作用，從而進一步增強了荷葉的防水性能。

荷葉的這一特性極大地啟發(fā)了人類在防水材料、自清潔表面等領(lǐng)域的研究與應用。科學家們通過模仿荷葉表面的納米結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了多種高性能的防水、防污材料，推動了材料科學的進步。

病毒侵入細胞的過程：分子識別的精準制造

病毒作為自然界中最小的生物體之一，其侵入宿主細胞的過程充滿了分子制造的智慧。這一過程大致可以分為吸附、侵入、脫殼、生物合成組裝和釋放五個階段，其中，吸附和侵入尤為關(guān)鍵。病毒表面的吸附蛋白需與宿主細胞表面的受體特異性匹配，才能實現(xiàn)精準吸附。這種分子識別機制是病毒感染過程中的關(guān)鍵，也是其特異性的核心。一旦吸附成功，病毒可通過不同的方式將遺傳物質(zhì)注入到宿主細胞中，完成侵入過程。

在侵入過程中，病毒需要克服宿主細胞的防御機制，如細胞膜的屏障作用。為此，病毒進化出了多種策略，如利用自身的酶類降解細胞膜成分，通過與細胞膜融合的方式直接進入細胞內(nèi)部。這些策略的實現(xiàn)都離不開病毒表面蛋白與宿主細胞受體之間的精準分子識別與相互作用。

病毒侵入細胞的過程是自然界中分子制造精準性的生動體現(xiàn)。它不僅揭示了病毒與宿主細胞之間復雜的相互作用關(guān)系，也為人類研究病毒感染機制、開發(fā)抗病毒藥物提供了重要線索。

自然界中的分子制造與人類智慧的啟迪

自然界中還存在著許多分子制造的奇跡，如蝴蝶翅膀的色彩產(chǎn)生機制、海膽刺的抗壓外殼、天然橡膠的生產(chǎn)等。它們不僅展示了自然界中分子制造的精妙和復雜，而且為人類的科學研究和技術(shù)創(chuàng)新提供了豐富的靈感和素材。

通過模仿和學習，科學家們已經(jīng)研制出了免洗衣服、柔性可穿戴電池等分子制造領(lǐng)域前沿產(chǎn)品，在材料科學、生物醫(yī)學、信息技術(shù)等多個領(lǐng)域取得了重大突破。未來，隨著對自然界分子制造機制研究的深入，我們有望開發(fā)出更多高性能、智能化的新材料和新技術(shù)，為人類科技進步和經(jīng)濟社會發(fā)展服務。