过多的有益事物可能会变得有害。生物在阳光下繁荣，许多生物依赖阳光生存，但它们通常会避开过于明亮的光线。动物倾向于寻找庇护所，人类小憩，就连植物也有办法保护自己免受过多光线的影响。但对于那些不能移动的单细胞生物呢？阿姆斯特丹大学的研究人员发现了一个意想不到的解决方案。
过多的有益事物可能会变得有害。生物在阳光下繁荣，许多生物依赖阳光生存，但它们通常会避开过于明亮的光线。动物倾向于寻找庇护所，人类小憩，就连植物也有办法保护自己免受过多光线的影响。但对于那些不能移动的单细胞生物呢？阿姆斯特丹大学的研究人员发现了一个意想不到的解决方案。
避免明亮的光线
这种生物的科学名称是Pyrocystis lunula。虽然你可能不熟悉这种单细胞藻类，但水手和渔民对此非常熟悉：当P. lunula大规模繁殖时，它会使海洋闪烁着蓝色的光辉。这种藻类是一种甲藻，意味着它不能独立移动。像植物一样，它通过一种称为叶绿体的成分来利用阳光，将太阳能转化为可用的化学能。
植物在应对强光时有一个巧妙的策略：它们的叶绿体在细胞内重新排列以互相覆盖，仅让必要的光线被吸收，从而防止损害。然而，P. lunula藻类无法采用这种策略，因为它的叶绿体形成了一个复杂的网络，需要不同的方法来抵御强光。此外，不像动物和人类，它不能简单地搬离明亮的光线。这些生物如何处理过强的光线一直让科学家感到困惑，但这个谜团现在已被揭开。
灵活的叶绿体
生物物理学家尼科·施拉默（Nico Schramma）、格洛丽亚·卡萨斯·卡纳莱斯（Gloria Casas Canales）和马兹亚尔·贾拉尔（Maziyar Jalaal）开发了一种智能方法来观察P. lunula叶绿体在光照下的行为。他们通过显微镜记录了细胞及其叶绿体的视频，并应用计算机算法绘制其复杂形态。这使他们能够追踪叶绿体在不同光颜色和强度下的反应。
他们的研究结果显示，虽然叶绿体无法逃避强光，但它可以通过收缩来减少其影响。在明亮的白光下——类似于阳光明媚的下午——叶绿体收缩成一个球，尺寸在短短五分钟内减少了约40%。一旦光线转变为低红光，叶绿体在半小时后恢复到其原来的尺寸和形状。
叶绿体能够发生这些变化归功于一张薄丝网络。这些丝共同构成了一种可以在所有方向上均匀收缩和扩展的材料。这是一个关键点，因为大多数天然结构并不具备这种特性。例如，如果你踩在一个柠檬上，它的高度会显著变小，但在其他方向上会扩展，形成一个盘状的形状，同时仍保留较大的表面积。相反，P. lunula有效地避免了这种典型行为。
自然的霍伯曼球
使叶绿体均匀收缩的机制类似于霍伯曼球的设计，霍伯曼球由查克·霍伯曼（Chuck Hoberman）在1988年获得专利，广泛存在于许多儿童玩具中。这个联系将物理学家的研究与生物学和数学，特别是拓扑学，以及材料设计结合在一起。最近的研究集中在创造实验室制造的材料，这些材料复制了霍伯曼球和P. lunula叶绿体中所观察到的惊人特性，探索多种应用，包括在外部刺激下显著改变特性的“智能材料”。值得注意的是，工程师和物理学家创造的创新解决方案在自然界中也得到了体现。
回答一个科学问题可能会引发更多的发现。这很可能与P. lunula及类似甲藻类如何避免过于明亮的光线有关。这一见解不仅增强了我们对这种微小、发光的单细胞生物的理解，还为我们提供了对自然结构、复杂数学的洞察，以及为自己设计新材料的宝贵经验。
