中国科学家《Nature》刊文，揭开猪笼草的小秘密

猪笼草的捕虫笼让其远近闻名，靠着这个设计精巧的陷阱，这种特殊的“食肉植物”才可以捕获昆虫。捕虫笼的开口部位有着极为湿润光滑的“嘴唇”，昆虫一旦落上很容易失足滑到捕虫笼中，并变成猪笼草的一顿大餐。尽管科学家们做了不少工作，但还是没有弄清楚猪笼草的“嘴唇”如此湿滑且又长时间保持湿润的秘密。

翼状猪笼草（Nepenthes alata）。图片来源：huabaike.com

中国科学院理化技术研究所江雷（Lei Jiang）院士、北京航空航天大学张德远（Deyuan Zhang）教授、陈华伟（Huawei Chen）教授等人也对猪笼草的这个小秘密很感兴趣，他们通过解析翼状猪笼草“嘴唇”（口缘区）的微观结构，揭示了猪笼草让昆虫失足滑落的秘密就在于其口缘区的定向连续搬运液体的能力。科学家们进一步对这个有趣的现象进行了数学分析，并建立了液膜输运的理论计算模型，使人类对猪笼草的功能进行仿生应用成为可能。这一研究成果刊发于《Nature》。（Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata. Nature, DOI:10.1038/nature17189）

液膜在猪笼草口缘区定向连续搬运过程（b、c、d）。

约0.2 μL水的定向连续搬运过程。图片来源：Nature

自然界有很多系统存在表面定向水流动的现象，一般认为这种现象与微米和纳米尺度表面结构有关，由表面能梯度和拉普拉斯压力（Laplace pressure）梯度驱动。不过，这个中国科学家团队通过研究翼状猪笼草口缘区的结构，发现定向连续搬运液体的根本在于其多尺度的微纳结构——楔形盲孔组成不对称沟槽，能在运输方向上优化并加强毛细上升，并阻止反方向的回流，从而完成单方向液膜搬运（下图）。

在这一发现的基础上，研究团队模拟猪笼草口缘区表面结构进行了压印成形，成功复制了猪笼草口缘区的工作机制。而且，研究团队对这一现象进行了数学分析计算和模型理论建立，揭示了液膜定向连续搬运机理。江雷院士指出，“仿生研究的最终目的在于应用。猪笼草口缘区输运的是水，人类若想应用这种生物功能，需要运送的除了水，还可能是油，或其他液体物质的输送，这就需要建立理论基础。”

本文部分作者（从左至右：张德远、张力文、陈华伟、张鹏飞）。图片来源：北京航空航天大学

猪笼草口缘区这种无外部动力的液体搬运方式，对于开发设计新型定向流体输运系统具有指导意义，在农业滴灌、无动力的微药物传输、自润滑防粘设计等等众多领域都有光明的应用前景。

1. http://www.nature.com/nature/journal/v532/n7597/full/nature17189.html

2. http://www.ipc.ac.cn/xwzx/kydt/201604/t20160412_4581631.html