（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

撰文 | 阿嫻

審校 | 沈夢溪

在我們小學(xué)三年級的語文課本中，有一篇文章叫《爬山虎的腳》，作者是葉圣陶爺爺。文中有一段是這么寫的：" 原來爬山虎是有腳的。爬山虎的腳長在莖上，莖上長葉柄的地方，反面伸出枝狀的六七根細(xì)絲，每根細(xì)絲像蝸牛的觸角。細(xì)絲跟新葉子一樣，也是嫩紅的。這就是爬山虎的腳。"

作者以飽含文學(xué)氣息的筆觸向我們講述了爬山虎的攀爬過程，那么接下來就讓我們一起從科學(xué)角度來探秘吧！

爬山虎怎么 "爬"？

在爬山虎的莖干上，有幾條細(xì)小 " 細(xì)線 " 間斷地生長于莖干的節(jié)點(diǎn)，與爬山虎的葉子對向而生，就像是爬山虎的 " 腿 "。爬山虎的 " 腳 " 實(shí)際上是一種類似于吸盤的東西，每個吸盤由一根 " 細(xì)線 " 連接而成，構(gòu)成了其完整的行動力。這些 " 細(xì)線 " 一開始是筆直地伸長，當(dāng)爬山虎需要進(jìn)行依附攀爬時，爬山虎的 " 腳 " 便牢牢粘在墻體表面上，" 細(xì)線 " 彎曲便變成卷須。

爬山虎的 " 腿 " 與 " 腳 "｜wikipedia

由于爬山虎有許多卷須，可以多 " 足 " 協(xié)同向上攀爬，因此其生長速度極快，覆蓋面積廣。每長出一根卷須，爬山虎都會借此向上攀爬一點(diǎn)，緊貼著墻壁，等待著莖干的伸長和新的卷須再次長出來。

野蠻生長的爬山虎｜YouTube

爬山虎為什么這么能 " 爬 "？

不要小瞧那些柔柔弱弱、十分纖細(xì)的卷須和吸盤，如果你的手指不使點(diǎn)勁兒，還是很難從墻上把他們扒拉下來的。

圖片來源：flickr

關(guān)于這一點(diǎn)，華南理工大學(xué)的何天賢非常贊同，該團(tuán)隊(duì)在 2012 年研究發(fā)現(xiàn)：成熟枯干的爬山虎的單個吸盤的平均質(zhì)量約為 0.0005 克，與基底的粘附接觸面積平均值也只有 1.22 平方毫米，但其粘附力卻達(dá)到 13.7 牛頓；單個吸盤在其生長發(fā)育過程中能夠承受的重量是吸盤自身重量的 260 倍，能夠承載的最大拉力是其自身重量的 280 萬倍。換句話來說，爬山虎的一只 " 腳 " 就能撐起一瓶裝載了 1.4 L 水的瓶子。

吸盤：我要牢牢抓住你！｜YouTube

爬山虎之所以能夠牢牢吸附在各種物體表面，其中的道理還要從兩個方面來細(xì)說，首先是吸盤獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。

科學(xué)家利用電子顯微鏡對爬山虎的吸盤進(jìn)行電鏡掃描后發(fā)現(xiàn)：在接觸物體前，爬山虎卷須的尖端是球莖狀的，由大量的薄壁細(xì)胞組織組成一個中心區(qū)域即為吸盤，表面較為光滑（圖 a、b）。

卷須和未成熟吸盤的掃描電子顯微鏡圖片｜參考資料 [ 4 ]

剛接觸到物體時，吸盤內(nèi)部的微孔會分泌大量粘性液體，且隨著時間推移，粘液會逐漸變硬（圖 e）。

未成熟吸盤的掃描電子顯微鏡圖片｜參考資料 [ 4 ]

同時，靠近接觸點(diǎn)的吸盤表皮細(xì)胞將會瘋狂伸長，而其他的表皮細(xì)胞則會保持背斜式地分開，以至于吸盤表面會呈現(xiàn)出好似由大量的 " 氣球簇 " 組成的刷子形貌（圖 d、e、f）。

這些 " 氣球簇 " 能根據(jù)物體表面的凹凸不平進(jìn)行模仿，從而進(jìn)一步形成 " 咬合 "。

未成熟吸盤的掃描電子顯微鏡圖片｜參考資料 [ 4 ]

其次，吸盤的粘附過程中還會從內(nèi)部平均直徑為 5 μm 的微管及 5~15 μm 類海綿體的微孔中分泌一種粘性物質(zhì)。

成熟吸盤的掃描電子顯微鏡圖片｜參考資料 [ 4 ]

早期研究表明，爬山虎的卷須含有大量的多酚類物質(zhì)，而完全發(fā)育后的吸盤分泌的粘性物質(zhì)很可能是一種酸性黏多糖。后來隨著化合物分析技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)爬山虎吸盤分泌的粘液主要是一種脫支的鼠李半乳糖醛酸聚糖和一些微量合成的新型化合物。

小小植物，大大妙用

偷偷地伸個懶 " 腿 " 吧！｜flickr

" 爬山虎在生長和發(fā)育過程中涉及到了化學(xué)、生物、機(jī)械等多領(lǐng)域的相關(guān)知識，研究爬山虎吸盤的微觀結(jié)構(gòu)和功能性，將促進(jìn)仿生物材料以及仿生器件的發(fā)展，具有重要的科學(xué)意義。" 華南理工大學(xué)教授材料學(xué)院的鄧文禮教授說。

2015 年，有人根據(jù)爬山虎爬墻的意義設(shè)計(jì)了一種具有隔熱功能的仿生動態(tài)外墻，從而有效的阻隔了墻外太陽光的熱量，又兼具動態(tài)的裝飾美化效果。

具有隔熱功能的仿生動態(tài)外墻構(gòu)造圖：1- 墻，2- 支撐桿，3- 葉片｜參考資料 [ 7 ]

2019 年，武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院薛龍建教授課題組根據(jù)爬山虎黏附的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種仿生微米柱陣列黏附墊，能在不同粗糙表面實(shí)現(xiàn)強(qiáng)黏附和可控可逆的脫離。

黏附前后的 SMP 仿生微米柱陣列｜參考資料 [ 2 ]

同年，在 Nature Communications 雜志上，來自意大利技術(shù)研究院（IIT）的研究人員發(fā)表了一篇題為《以動態(tài)滲透為驅(qū)動的一款剛度可變的卷須狀軟體機(jī)器人》的論文，向我們展示了世界上第一個模仿植物卷須（不完全類似爬山虎）的軟機(jī)器人，為軟體機(jī)器人的驅(qū)動研發(fā)帶來了新思路。

我卷，我卷，我瘋狂卷｜參考資料 [ 3 ]

2021 年，同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院王啟剛教授課題組根據(jù)爬山虎吸盤微孔道中分泌的多糖粘液，開發(fā)了一種全新的 " 晶體狀纖維強(qiáng)化聚合物凝膠 "。這種凝膠突破了物體粘合時不同界面的限制，讓更多材料可以通過通用界面實(shí)現(xiàn)黏附。

爬行吸盤的圖示，其微通道釋放的粘液可以提高粘附強(qiáng)度｜參考資料 [ 1 ]

同年，有人根據(jù)爬山虎吸盤結(jié)構(gòu)發(fā)明了一種用于牙周組織再生的爬山虎吸盤樣仿生支架，該仿生支架能夠有效促進(jìn)牙骨質(zhì)牙本質(zhì)連接界面的形成。

有關(guān)爬山虎的仿生研究仍在繼續(xù) ……

圖片來源：flickr

生活中不甚引人注目的爬山虎憑借自己不懈的攀爬占領(lǐng)了城市中的一片片高墻，也逐漸在科學(xué)研究領(lǐng)域中占據(jù)了一席之地。我們還有什么理由不努力？

爬山虎內(nèi)心 os：我也想躺平不卷，可是臣 " 虎 " 做不到啊！