喜馬拉雅山脈
自然界的褶皺與仿生學(xué)
早在遠(yuǎn)古時(shí)代，大自然就能完美地運(yùn)用折疊的技巧，這一點(diǎn)對(duì)于新興的學(xué)科仿生學(xué)來說無疑是雪中送炭：仿生學(xué)的宗旨就在于以自然界為榜樣發(fā)展新的技術(shù)(關(guān)于仿生技術(shù)相關(guān)文章可見《新知客》創(chuàng)刊號(hào))。與折紙藝術(shù)一樣，自然界中的折疊技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于技術(shù)領(lǐng)域。
日本宇宙航空開發(fā)機(jī)構(gòu)已經(jīng)成功地將一個(gè)直徑超過10米的太陽帆送上太空，這個(gè)太陽帆的的厚度只有7.5微米，按照花的模式被折疊起來。研究人員希望在未來這樣的太陽帆能為宇宙飛船提供動(dòng)力：來自太陽的光子風(fēng)能推動(dòng)太陽帆前進(jìn)。
基爾的海洋生物學(xué)家瓦勒莉亞·貝爾斯又為褶皺技術(shù)找到了新的用途。她發(fā)現(xiàn)了淡菜殼上不會(huì)附著其它生物的原因，是因?yàn)闅さ谋砻娌紳M了細(xì)小的褶皺。貝爾斯認(rèn)為：“這種類似于波紋鐵皮的結(jié)構(gòu)能防止這些生物在上面寄居，因?yàn)樵谏厦嬲也坏阶銐虻母街c(diǎn)。”根據(jù)她的觀點(diǎn)，如果在船體上制造一些微小的褶皺就能防止海洋生物附著，而目前輪船用的是有毒的保護(hù)涂層。
在時(shí)髦的摩托車運(yùn)動(dòng)衣的發(fā)展上，自然界的褶皺技術(shù)也助了一臂之力。來自于茨維考的西薩克森大學(xué)時(shí)裝設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生在近距離觀察了穿山甲以后，發(fā)現(xiàn)為什么它厚重的盔甲一點(diǎn)也沒有影響到它自如地活動(dòng)，原因就在于它的盔甲能像皮膚那樣折疊起來，有時(shí)候還相互重疊，這樣，身體就能自如地彎曲。
學(xué)生們由此得到靈感，想到了一個(gè)聰明的辦法，把這樣的機(jī)構(gòu)移植到摩托車服裝上。在背部、臀部和膝蓋部位設(shè)計(jì)像穿山甲盔甲那樣的褶皺，這是一個(gè)兩全其美的辦法，既高度保證了安全，又最大限度地保持了靈活性。根據(jù)這個(gè)理念設(shè)計(jì)的帶裂縫的皮衣很快就會(huì)問世。
自然界褶皺技術(shù)在仿生學(xué)領(lǐng)域中最令人激動(dòng)的成果來自美國波士頓的麻省理工學(xué)院。在這里，科學(xué)家埃里克·德梅恩借助折紙程序研究了蛋白質(zhì)微小的褶皺結(jié)構(gòu)。他們想實(shí)現(xiàn)人工仿制這些褶皺，以此來找到一些不治之癥的治療方法。
褶皺對(duì)于蛋白質(zhì)性質(zhì)的意義，直到最近才得到足夠的重視。長長的蛋白質(zhì)分子鏈的折疊方式?jīng)Q定了它是一個(gè)“好”蛋白質(zhì)還是“壞”蛋白質(zhì)。埃里克·德梅恩說：“如果一個(gè)蛋白質(zhì)以錯(cuò)誤的方式折疊起來，就可能有致命的影響。
庫賈氏病和瘋牛病的原因就在于某種蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)發(fā)生了異常。”蛋白質(zhì)“錯(cuò)誤的”折疊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的功能紊亂——這類似于遺傳物質(zhì)發(fā)生的致病性突變。而“正確的”蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)則能為身體提供健康的原材料。
目前專家們打算用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真以及激光攝影技術(shù)來解開它的秘密。如果對(duì)蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)能有更深入的了解，醫(yī)學(xué)界就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)偉大的夢(mèng)想：人工合成“好”的蛋白質(zhì)，可以和體內(nèi)自然生成的蛋白質(zhì)具有同樣的功能。長久以來，人們就希望可以用這樣的蛋白質(zhì)為原料生產(chǎn)出治療諸如瘋牛病和老年癡呆病這樣的頑癥的藥物。
我們?nèi)绾巫屓嗽斓鞍踪|(zhì)像天然蛋白質(zhì)那樣進(jìn)行折疊？在人體內(nèi)這種折疊在眨眼之間就可以完成，盡管在理論上蛋白質(zhì)的折疊方式是個(gè)天文數(shù)字：一個(gè)由100個(gè)氨基酸構(gòu)成的分子可能有10100種不同的空間結(jié)構(gòu)，如果一個(gè)個(gè)進(jìn)行嘗試的話，費(fèi)時(shí)可能與宇宙形成到其消亡相當(dāng)。幸運(yùn)的是自然界優(yōu)化了這個(gè)過程，所需時(shí)間大大縮短：60%的氨基酸鏈只有兩種二級(jí)結(jié)構(gòu)——a螺旋結(jié)構(gòu)和類似于手風(fēng)琴的b片狀結(jié)構(gòu)。盡管這兩種結(jié)構(gòu)還要進(jìn)一步組合成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但這樣已經(jīng)能節(jié)省不少時(shí)間。
所以研究人員希望能夠讀懂蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并將這些知識(shí)用于臨床治療。他們預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)能破譯細(xì)胞中蛋白復(fù)雜結(jié)構(gòu)中最初的一些過程。哈勒-維騰堡的馬丁路德大學(xué)的蛋白質(zhì)研究專家克里斯蒂安·許柏納博士認(rèn)為：“修正蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤還是很遙遠(yuǎn)的事。”
盡管如此，這卻是完全有可能實(shí)現(xiàn)的。如果誰在這方面取得突破性的成就，就完全可能獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
巨大的褶皺
可以這么說，人們正站在通向生命內(nèi)部微觀世界的門前，而打開這扇門的鑰匙就是褶皺。除此之外，褶皺也是打開通往宇宙宏觀世界大門的鑰匙，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)引力物理與幾何研究所主任阿貝·阿西提卡(Abhay
Ashtekar)和他的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)此深信不疑。
阿貝·阿西提卡提出了一個(gè)讓人瞠目結(jié)舌的全新的宇宙模型，其理論基礎(chǔ)就是褶皺。現(xiàn)在一般認(rèn)為宇宙的起源來自于140億年前的大爆炸，時(shí)間和空間都是那個(gè)時(shí)候從無到有的形成的——因此諸如“在此之前是什么樣的”這樣的問題是毫無意義的。
但阿貝·阿西提卡并不那么認(rèn)為，他是環(huán)圈量子引力理論的創(chuàng)始者之一，“阿西提卡(Ashtekar)變量”就是以他命名的。這位印度學(xué)者認(rèn)為宇宙并不產(chǎn)生于大爆炸，而是源自于一個(gè)更早的宇宙：這個(gè)宇宙在它行將結(jié)束生命的時(shí)候就像手風(fēng)琴那樣折疊成很小的體積，隨后又開始展開，直至形成一個(gè)新的宇宙。
所有的物質(zhì)，包括所有恒星、行星、衛(wèi)星，以及人和動(dòng)植物在內(nèi)的整個(gè)宇宙，所有這一切構(gòu)成了一個(gè)巨大的褶皺——這是一個(gè)大膽的推測，盡管引起了轟動(dòng)，但還沒有得到多數(shù)人的認(rèn)可。但這是一個(gè)很有趣的觀點(diǎn)。因?yàn)殛P(guān)于褶皺，怎么去談?wù)摗⒃趺慈ゲ孪搿⒃趺慈ヌ接懚疾粸檫^。褶皺在醫(yī)學(xué)、宇宙學(xué)或其它學(xué)科中的重要意義，用另一句話來說：就是褶皺無處不在。
（編輯：王晶 來源：新浪）
