《沙丘2》中用耳朵喝水的“沙鼠”是真的嗎？

近期熱映的電影《沙丘》中出現的萌系“跳跳鼠”，它后腿細長、一蹦能跳出老遠，身后還拖著條細長尾巴。最萌的是，它有一對大耳朵，不僅能探聽風吹草動，耳朵內面還能凝結水分，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），它的設計靈感其實來自于現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？當然不能，在現實世界中，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干旱，產生的尿液濃縮度非常高，糞便也非常干燥，這進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。

長耳跳鼠有極強的適應干旱能力（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能力使它們成為《沙丘》中這種虛構生物設計的靈感來源。

甲殼蟲主動收集沙漠中的水分？

在現實世界中，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特的適應性。

納米比沙漠甲蟲（來源：文獻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，身體保持 45 度角，利用硬質的鞘翅捕捉空氣中的水珠。鞘翅表面擁有特殊的結構，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構收集水分的原理。

甲殼蟲的頭部對準風向，其鞘翅表面的凹凸不平設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。

當水珠與親水表面接觸時，它們會擴散開，形成較大的水滴，這樣就不易被風吹走，還可以吸附更多的水珠。在每小時 30 公里的風力作用下，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3）

這種獨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。科學家們還從這種甲蟲的水收集機制中獲取靈感，發(fā)展出了新型的水收集技術，這些技術可以在干旱地區(qū)收集大氣中的水分，用于人類和農業(yè)的用水需求。

水分收集的仿生應用

科學家們從納米比沙漠甲蟲背部的水收集機制中獲得了靈感，設計了多種能夠模仿這種自然現象的材料和技術。

東華大學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)模生產集水材料提供了可能。

制備親水-超疏水圖案緯背機織物的示意圖（來源：文獻4）

澳大利亞工程師 Edward Linacre 受到納米比沙漠甲蟲水收集機制的啟發(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)通過地下管道網絡將空氣引入并冷卻至水分凝結的溫度，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。這種原型瓶據信能根據當地環(huán)境每小時收集 0.5 到 3 升水。

設計師 Arturo Vittori 和 Andrea Vogler 創(chuàng)造的 Warka Water 是一種高 9 米的竹塔，內置塑料網格，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1）

通過模仿納米比沙漠甲蟲等生物的水收集策略，科學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。這不僅促進了水資源管理的科學發(fā)展，也為未來的環(huán)境保護和可持續(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能夠進一步發(fā)展，為全球范圍內缺水的地區(qū)帶來實質性的改變。

參考文獻

[1]Parker, Andrew R., and Chris R. Lawrence. "Water capture by a desert beetle." Nature 414.6859 (2001): 33-34.[2]Frederick, Eva. "Could this desert beetle help humans harvest water from thin air?." Science 27 (2019).

[3]Chen, Zhen, and Zengzhi Zhang. "Recent progress in beetle-inspired superhydrophilic-superhydrophobic micropatterned water-collection materials." Water Science and Technology 82.2 (2020): 207-226.

[4]Liu, Qibao, Xiaoyan Li, and Zaisheng Cai. "Facile fabrication of asymmetric wettable fabric with weft backed weave for oil/water separation." RSC advances 6.111 (2016): 109769-109777.

[5]Gao, Yue, et al. "Textile-inspired methodology toward asymmetric fabric based on weft-backed weave for oil/water separation." Journal of materials science 53.6 (2018): 4683-4692.

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作者丨Denovo 團隊 科普團隊

審核丨黃乘明 中國科學院動物研究所 研究員

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