近期熱映的電影《沙丘》中出現(xiàn)的萌系“跳跳鼠”，它后腿細(xì)長、一蹦能跳出老遠(yuǎn)，身后還拖著條細(xì)長尾巴。最萌的是，它有一對大耳朵，不僅能探聽風(fēng)吹草動，耳朵內(nèi)面還能凝結(jié)水分，兩只小爪子一抓就能喝到嘴里。

《沙丘》中的“沙漠鼠”穆阿迪布（Muad'Dib）（來源：電影《沙丘》）

“跳跳鼠”的原型是什么？

電影中的厄拉科斯星球上“沙漠鼠”穆阿迪布（Muad'Dib），它的設(shè)計靈感其實來自于現(xiàn)實世界中的長耳跳鼠（Euchoreutes naso）。

這是一種小型嚙齒類動物，以其出色的適應(yīng)干旱環(huán)境的能力而聞名，主要分布在沙漠和干燥地區(qū)。它們的名字來源于它們的跳躍方式和長腿，這些特征讓它們在移動時更像是袋鼠而不是傳統(tǒng)意義上的老鼠。

長耳跳鼠示意圖（來源：作者使用AI生成）

長耳跳鼠真的可以用耳朵收集水嗎？當(dāng)然不能，在現(xiàn)實世界中，長耳跳鼠幾乎不需要直接飲水，它們能從食物中攝取幾乎所有必需的水分。

這種能力來自于它們極其高效的腎臟，能夠極大限度地減少水分通過尿液的損失。同時，低水損耗，它們的新陳代謝特別適應(yīng)干旱，產(chǎn)生的尿液濃縮度非常高，糞便也非常干燥，這進(jìn)一步減少了水分的損失。

長耳跳鼠主要在夜間活動，這有助于避免白天極端的高溫，減少水分蒸發(fā)。夜間的活動也使它們能夠利用稍微涼爽的溫度來尋找食物。它們會收集種子等食物，并將其儲存在它們的洞穴中。不僅為它們提供了在極端條件下的穩(wěn)定食物來源，還減少了在尋食時對高溫的暴露。

長耳跳鼠有極強(qiáng)的適應(yīng)干旱能力（來源：wikipedia）

這種萌系小動物在沙漠地區(qū)特別常見，它們對極端干旱的適應(yīng)能力使它們成為《沙丘》中這種虛構(gòu)生物設(shè)計的靈感來源。

甲殼蟲主動收集沙漠中的水分？

在現(xiàn)實世界中，既然長耳跳鼠的大耳朵不能收集水分，那有沒有生物可以主動收集水分呢？

還真有！

在世界上最干旱的地區(qū)之一——非洲南部的納米布沙漠，每年降雨量僅為 1.4 厘米。在這片沙漠中生存者一種甲蟲，納米比沙漠甲蟲（Namib Desert beetle），在收集水分方面展示了獨(dú)特的適應(yīng)性。

納米比沙漠甲蟲（來源：文獻(xiàn)1）

納米比甲蟲的生存策略非常巧妙：它會爬到沙丘上，面對微風(fēng)，身體保持 45 度角，利用硬質(zhì)的鞘翅捕捉空氣中的水珠。鞘翅表面擁有特殊的結(jié)構(gòu)，能有效收集水分，這么神奇？這就要說一說基于它的身體表面特殊結(jié)構(gòu)收集水分的原理。

甲殼蟲的頭部對準(zhǔn)風(fēng)向，其鞘翅表面的凹凸不平設(shè)計幫助捕獲霧中的水珠。霧氣中的微小水滴，直徑約 15~20 微米，會凝聚在其翅膀上。這些水滴首先會粘附在親水性的凸起部位，凸起部分的周圍是疏水的凹槽。

當(dāng)水珠與親水表面接觸時，它們會擴(kuò)散開，形成較大的水滴，這樣就不易被風(fēng)吹走，還可以吸附更多的水珠。在每小時 30 公里的風(fēng)力作用下，水滴會增長到直徑 5 毫米，并沿著甲殼蟲的背部滑落至口部，供甲殼蟲攝取。

納米比沙漠甲蟲背部小水滴隨時間變化的示意圖（來源：文獻(xiàn)3）

這種獨(dú)特的水分收集方法使納米比沙漠甲蟲能夠在幾乎沒有可見水源的環(huán)境中生存。科學(xué)家們還從這種甲蟲的水收集機(jī)制中獲取靈感，發(fā)展出了新型的水收集技術(shù)，這些技術(shù)可以在干旱地區(qū)收集大氣中的水分，用于人類和農(nóng)業(yè)的用水需求。

水分收集的仿生應(yīng)用

科學(xué)家們從納米比沙漠甲蟲背部的水收集機(jī)制中獲得了靈感，設(shè)計了多種能夠模仿這種自然現(xiàn)象的材料和技術(shù)。

東華大學(xué)的研究人員首先提出了一種親水-超疏水圖案化織物，通過簡單的紡織設(shè)備和簡便的編織方法制成。這種織物采用親水性粘膠和疏水性丙綸絲與一些試劑生產(chǎn)混合可濕性表面，不僅大大降低了成本，為未來大規(guī)模生產(chǎn)集水材料提供了可能。

制備親水-超疏水圖案緯背機(jī)織物的示意圖（來源：文獻(xiàn)4）

澳大利亞工程師 Edward Linacre 受到納米比沙漠甲蟲水收集機(jī)制的啟發(fā)，開發(fā)了一種自供能的灌溉泵系統(tǒng)，名為“Airdrop”。這個系統(tǒng)通過地下管道網(wǎng)絡(luò)將空氣引入并冷卻至水分凝結(jié)的溫度，然后將水分輸送到植物的根部，旨在為干旱地區(qū)的農(nóng)作物提供灌溉。

NBD Nano 這家美國創(chuàng)業(yè)公司研究如何將甲蟲的功能模仿到水瓶表面上，創(chuàng)建一種自填充水瓶。這種原型瓶據(jù)信能根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境每小時收集 0.5 到 3 升水。

設(shè)計師 Arturo Vittori 和 Andrea Vogler 創(chuàng)造的 Warka Water 是一種高 9 米的竹塔，內(nèi)置塑料網(wǎng)格，在夜間收集濕空氣中的水分，并將其儲存在底部的水箱中。這種設(shè)計能夠為干旱地區(qū)提供成本低廉的水資源。

水滴會沿著甲蟲的背部滑落至口部（來源：文獻(xiàn)1）

通過模仿納米比沙漠甲蟲等生物的水收集策略，科學(xué)家和工程師們正在為干旱地區(qū)提供創(chuàng)新且可持續(xù)的解決方案。這不僅促進(jìn)了水資源管理的科學(xué)發(fā)展，也為未來的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展開辟了新道路。

我們期待這些靈感來源于自然界的技術(shù)能夠進(jìn)一步發(fā)展，為全球范圍內(nèi)缺水的地區(qū)帶來實質(zhì)性的改變。

參考文獻(xiàn)

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作者丨Denovo 團(tuán)隊 科普團(tuán)隊

審核丨黃乘明 中國科學(xué)院動物研究所 研究員

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