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清大團隊打破國際舊論!挖出紅火蟻結筏成因 它還能自動填補「拉長也不會變細」

太報

更新於 2024年03月13日04:42 • 發布於 2024年03月13日03:19 • 陳康宜
清華物理系教授洪在明(中)指導研究生陳中皓(右)、謝廷珩(左)研究紅火蟻結筏成因。清大提供

你知道嗎,紅火蟻巢穴被淹沒時,牠們會抱團在水面上結筏。過去生物學家認為這是水的表面張力所致,不過,清華大學物理系教授洪在明團隊打破這種說法,發現牠們其實具有活性自我修復機制,即使在乾式環境裡也能結筏。更有趣的是,紅火蟻蟻筏還會自動填補,不會因為拉伸變窄、變細,像液態又像固態,如能應用在新型仿生彈性材料上,有可能打造出如科幻電影的機器人!

這篇研究論文1月登上《物理評論E》期刊後,立即引起科學界關注,登上CNN、法國世界報等美、法、德、英多家國際媒體。

研究物理30年的洪在明,首度跨足生物領域,與研究生陳中皓、謝廷珩進行紅火蟻蟻筏研究,他們發現,紅火蟻巢被水淹沒時,蟻群會用大顎和腳抓住彼此,形成多層織網般的結構,即可如同船筏浮在水面,因此在乾式的震盪台上也能自動結筏,推翻因水的表面張力才結成筏的說法。而這樣的特性只存於紅火蟻身上,且是活著的,其他蟻種並不具備。

團隊再深入觀察發現,筏面上的工蟻們會慢慢往邊緣移動,輪流下水到底部,就像跑步機的跑帶一樣輪替,至於蟻后和卵、幼蟲等「乘客」始終安坐筏上,蟻筏若有缺損,工蟻也會自動填補,所以即使把蟻筏拉長,上層會來填補,不會像麵團一樣變窄、變細。

這讓洪在明想到,這種人造材料難以達成的特性,如果能解開,有可能研發出像固態、又像液態,可自動修復、又能集體遷徒的活性仿生材料,像是人工韌帶等,甚至能打造出如科幻電影中,能自由組合的微型機器人大軍,其機制謎團就有待生物學家進一步研究。

紅火蟻感知到危險時,會緊緊抓住彼此,結成球狀或筏狀。清大提供
紅火蟻在水上、水下交替組成蟻筏。清大提供
清華研究團隊發現,紅火蟻筏在被 拉長時,也不會變窄、變薄。清大提供

以紅火蟻當實驗主題,光是找「材料」就是一個挑戰。當時,洪在明團隊一聽哪裡有紅火蟻肆虐就出動抓捕,可是剛開始常抓錯螞蟻,他笑說:「後來就先抓幾隻丟水裡,看到會結筏,就是我們要找的」。

大家都知道被紅火蟻一咬,宛如火在燒,博士生陳中皓常是一起腫包就是一個禮拜,兩年下來像練了「五毒掌」,竟也慢慢免疫。另名碩士生謝廷珩則負責養,餵了速食薯條及剩菜剩飯,辛苦抓來的紅火蟻很快陣亡,改用蟋蟀乾、麵包蟲及糖水,並用石膏製作可維持濕度的房子,養出頭好壯壯的「材料」,讓實驗得以順利完成。

清華物理系博士生陳中皓用石膏製作可維持溼度的紅火蟻屋。清大提供
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