微小的鳍特征有助于划桨手在波涛汹涌的海水中抓住岩石

在北太平洋一块被海浪拍打的岩石上，一种名为双桨鱼的鱼牢牢抓住表面，以在恶劣的环境中保持稳定。与海胆不同，海胆利用分泌胶水的管脚附着在周围环境中，双桨海胆在没有像管脚或章鱼吸盘这样的特殊粘性器官的情况下就能抓握

那么，为什么这很重要，为什么科学家们如此热衷于理解它？在高能环境中茁壮成长的海洋生物是设计更高效和有效的人类工程设备（如机器人、夹具和粘合剂）的优秀自然模型。改进的粘合剂可能会产生广泛的影响，从增强医疗器械到制造具有更好抓地力的轮胎

来自锡拉丘兹大学和路易斯安那大学拉斐特分校的一组研究人员专门研究功能形态学，即生物体的形状和结构如何帮助其发挥作用，最近发现了一种新的、令人惊讶的划桨牵引特性。他们在鳍上发现了微观特征，这可能使它们能够牢固地附着在水下表面，以对抗水流和波浪

他们的研究结果发表在《皇家学会开放科学》杂志上

路易斯安那大学拉斐特分校生物学教授艾米丽·凯恩与锡拉丘兹大学生物学教授奥斯汀·加纳共同撰写了这项研究，她说：“为了防止被冲走，这些划船者需要另一种方式来保持自己的位置。”

“使这一群体与众不同的一个特征是，它们的胸鳍经过了修改，使底部的织带减少，使鳍线比鳍伸出得更远。它们可以用这些来抓住岩石或其他基质，但有些物种有进一步的修改，允许行走和感觉功能。”

之前的研究表明，双桨使用流体动力学机制，比如有一个小而流线型的身体，用鳍产生负升力，以保持平衡和抓握。此外，已经描述了物理机制，例如在翅片底部用柔性翅片夹持基板（类似于用手指）。这项研究记录了一种新的表面纹理，表明这些底部鳍射线也可能在微观层面产生摩擦或粘附，从而进一步增强它们的抓地力

凯恩和她的团队在2022年夏天于华盛顿州星期五港进行的实地考察中首次发现了这些特征。在使用扫描电子显微镜在微观水平上观察鳍时，她立即意识到双桨鲨的特征与壁虎脚上的细毛之间的相似性。然后，她联系了动物粘附和依恋方面的专家加纳

Garner说：“我的实验室对动物在静止和运动行为中如何与环境中的表面接触感兴趣，特别是在那些利用特殊附着器官的粘附或摩擦相互作用的生物体中。”Garner也是锡拉丘兹生物启发研究所的成员，该研究所的研究人员合作开发和设计智能材料以应对全球挑战

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“我们使用了一个与我在蜥蜴和海胆身上进行的研究非常相似的框架，共同设计和执行了这项研究。”

该团队专注于密度、面积和长度等特征，以勾勒出鳍鳐皮肤的纹理

凯恩说：“我们将这些测量值与其他具有类似特征的动物的值进行了比较，这些特征已知会产生摩擦夹紧力，比如鳍上有砂纸。”。“双桨鲨有一些相似之处，让我们认为它们可能在做类似的事情。”Garner指出，他们的工作是首次描述双桨鲨鳍上的这些微观结构。他说：“我们不仅在这项工作中描述了这些结构的形式和配置，还提出了可测试的假设，为我们在未来继续探索这一主题奠定了坚实的知识基础。”

那么，这项即将进行的研究将涉及哪些方面，研究这些结构是否会导致开发出用于社会用途的新型仿生粘合剂

Garner建议，双桨鳍的形状和功能可以有效地整合到仿生机器人或用于水下导航和探索的夹具中。随着研究的进展，他们的团队预计，了解双桨鳍的微观结构将为设计合成附着装置提供新的可能性，这些装置可以安全地附着，即使在水下也可以轻松拆卸

谁知道呢，也许有一天，一个带有双桨式抓手的水下机器人将探索海洋深处，并在仿生技术的世界里掀起波澜 More information: Emily A. Kane et al, Epidermal microstructures on the paired fins of marine sculpins suggest new functional hypotheses supporting benthic station-holding, Royal Society Open Science (2025). DOI: 10.1098/rsos.241965

Journal information: Royal Society Open Science