水母的创新启示与应用

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水母（英文名Jellyfish）是刺胞动物门（旧称腔肠动物门）中的无脊椎动物，它们像一把把灵动的雨伞在水中沉沉浮浮，早在5亿年前就已经生活在海洋中了。水母的身体中大约95%的成分都是水，所以看起来非常柔弱，但是你可别小瞧了它们，它们可是历经了地球五次生物大灭绝，顽强生存下来的古老物种之一。

海洋馆中的水母 | 作者2017年摄于厦门海洋馆

地球上现存约有250种水母，它们中的有些种类被当做食物丰富着人们的餐桌（如海蜇），有些种类被视为爱情的象征（如海月水母）温暖着人们的心田，有些种类因形似聚宝盆而被视为财富的象征寄托着人们发财致富的梦想等等，从各个方面走进人们的生活中，逐渐为人们所熟知。今天，我们一起来了解几个关于水母的冷知识，看看它们有哪些少为人知的创新启示与应用。

利用水母粘液去除纳米粒子|文献[1]

塑料自诞生以来，为人们带来便利的同时，也带来了难以磨灭的白色污染，塑料垃圾随着时间的流逝在自然风化等作用下变成不计其数的塑料微粒，成为海洋乃至整个地球生态系统不能承受之重，这些塑料微粒通过生物链、食物链传递富集到各种生物体内，严重威胁各种生物的生命健康。如何消除微塑料是一项极其困难的任务，各国科学家都在积极研究如何清除这些可恶的塑料微粒。2015年，法国科学家研究出利用水母中提取的水母粘液捕获纳米粒子的技术[1]，以色列海法大学的研究人员则利用这一技术，研制出一种水母粘液过滤器，可以将塑料微粒从水中去除，实现海水和微塑料的分离[2]，也许不久的将来水母会成为人类消除白色污染的功臣。

燕子低飞要下雨，蝉鸣雨中天将晴；青蛙叫、大雨到，泥鳅静、天气晴，……。自然界中许多生物的行为都与天气变化有着某种关联，作为一种古老的动物，水母也练就了这方面的特殊本领。住在海边的渔民，当看到岸边的水母纷纷游向大海深处时，他们就会知道风暴将会很快来临，并总结出“海蜇奔海起风暴”的民谚。科学家们对水母进行深入研究，仿生制造出了水母耳，安装在舰艇上，用于探测风暴，可以提前十多个小时预测风暴的到来[3]，使舰艇有充足的时间进港躲避风浪和危险。

柔性仿生机器水母结构及充扩张收缩状态|文献[5]

仿生水母水下子母机器人|文献[6]

许多传统的水下机器人多采用尾部摆动、两侧划水或安装螺旋桨等方式推动前进，这样的机器人大多无法完成狭小空间作业，而且存在噪音大、体积大等缺点，而水母通过腔体收缩与扩张产生喷射水流来推动前进，这种高效、灵活的运动方式，为水下仿生机器人的改进和研发提供了重要启示。科学家们根据水母的运动方式，研制出了各种仿生机器水母：有的实现了三维空间的灵活运动，提高了仿生机器水母的机动能力[4]；有的设计出柔性仿生机器水母，在承载一定重量情况下，还能实现快速垂直游动[5]；还有的设计了仿生水母水下子母机器人，实现了灵活性和延长续航[6]。仿生机器水母的研究，为水下机器人的研发和应用提供了重要支撑，未来可广泛应用于军事、救援、探测、勘探等各领域。

纸尿裤|Foodista

水母身体95%左右的成分都是水，其高超的锁水能力吸引了纸尿裤研发公司的目光，他们以水母为原料开发出一种名为hydromash的吸水材料，其吸水能力远高于市面上大多数吸水材料，并且可以在30天内完全降解、减少环境污染，该材料可以广泛应用于制造尿不湿、医用海绵、餐巾纸等吸水产品[7]。

绿色荧光蛋白（GFP）|文献[8]

此外，关于水母的一些研究成果还被广泛应用于医疗制药等方面，如从水母中分离出的绿色荧光蛋白（GFP），可应用于分子标记，帮助人们进一步观察细胞内的生理过程，进而还可以帮助科学家们进行药物筛选[8]，2008年华裔科学家钱永健因在绿色荧光蛋白研究方面做出突出贡献与另两位贡献者一同分享了诺贝尔化学奖；提取的水母粘蛋白（qniumucin）可抑制膝关节前交叉韧带切除后骨关节炎（OA）的关节软骨退变[9]；还可以通过直接欣赏水母游动，来平复心情，治愈压力和焦虑等等。

水母这种历经亿万年自然洗礼，磨砺出许多神奇技能的古老生物，在很多方面都能给人类以启发，人们目前对它们的了解还远远不够，有很多未解之谜还等待着我们去进一步探索。

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参考文献：

[1]Patwa A , Thiéry, Alain, Lombard F , et al. Accumulation of nanoparticles in "jellyfish" mucus: a bio-inspired route to decontamination of nano-waste[J]. Scientific Reports, 2015, 5:11387.

[2]Catherine Collins.Garbage-collecting aqua drones and jellyfish filters for cleaner oceans[J/OL].https://horizon-magazine.eu/article/garbage-collecting-aqua-drones-and-jellyfish-filters-cleaner-oceans.html,2018-4-3.

[3]利用次声波探测风暴[J].生物化学与生物物理进展,1975(03):62.

[4]Junzhi, YU, Xiangbin, et al. Design and attitude control of a novel robotic jellyfish capable of 3D motion[J]. Science China(Information Sciences), 2019, v.62(09):182-184.

[5]Joshi, A.; Kulkarni, A.; Tadesse, Y. FludoJelly: Experimental Study on Jellyfish-Like Soft Robot Enabled by Soft Pneumatic Composite (SPC). Robotics 2019, 8, 56.

[6]郭书祥,孙珊,郭健.新型仿生水下子母机器人系统设计[J].控制与决策,2019,34(05):1004-1010.

[7]Scott A . Jellyfish Diapers, Cocaine In The Water[J]. Chemical & Engineering News, 2015, 92(29).

[8]马金石.绿色荧光蛋白[J].化学通报,2009:53-60.

[9]Ohta N , Sato M , Ushida K , et al. Jellyfish mucin may have potential disease-modifying effects on osteoarthritis[J]. Bmc Biotechnology, 2009, 9(1):98.

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