海棉棉宝宝照片(海棉垫子)

说到“海绵”，你第一个想到的会是洗澡用的洗澡海绵还是洗碗用的清洁海绵，而“柔软”二字与之相关联吗？其实这里说的海绵是一种动物，是“硬”的。

海绵的骨架

1841年，英国生物学家理查德·欧文在菲律宾附近发现了一种新的海绵。当欧文发现它拥有复杂的骨骼系统时，他异常惊讶，并将它的骨骼描述为“一个精致的‘丰角’”(丰角是古希腊神话中长满花朵和果实的角或角，象征和平、善良和幸运)，由“坚硬、有光泽、有弹性、像头发一样粗的透明丝”编织而成。

后来，这种海绵动物被称为“玻璃海绵”。它的骨架主要由硅(也是玻璃的主要成分)构成，由生活在它体内的一种名叫“李霞”的动物从海水中提取的酸制成。因为它的骨架看起来像一个精致的花瓶，所以人们给它起了一个绰号，“维纳斯花篮”。

自从发现玻璃海绵以来，科学家们就对它充满了好奇——它不仅拥有惊人的寿命(一些玻璃海绵被认为已经活了几千年，是地球上最长寿的动物之一)，而且还能透光(就像真正的玻璃一样)。在过去的20年里，美国哈佛大学的一些生物学家、材料学家和工程师一直在关注它的另一个特点——复杂的骨骼。他们的研究表明，这种骨骼非常坚固——几乎是同类型结构下最不容易被压碎的。

新桁架

这种骨架的强度来自其独特的晶格结构。它是一个周期结构，但它一点也不简单。哈佛大学的材料科学家兼化学家乔安娜·艾森伯格(Joanna Eisenberg)首先对这种结构感兴趣，后来，她的同事卡蒂亚·贝尔托尔迪(Katia Beltoldi)也被这种晶格结构深深吸引。所以，他们一直在研究这种特殊结构是如何形成的。

他们发现，构成海绵骨架的玻璃梁与桁架有很多共同之处——桁架是一种两端由铰链连接构件的结构，多用于桥梁和摩天大楼的建设。一个多世纪以来，工程师们首选的桁架设计通常是这样的:由对角线支撑的方形网格，从而形成一个坚固的格子。这种典型桁架的对角线是“单”的，然而，海绵网格的对角线是“双”的，并且彼此平行分开。另外，这些对角线只有每隔一个方格才有，这使得整个格子看起来像棋盘。

为了了解这种结构，Joanna和Katia用计算机模拟了它，并将其与其他三种相同重量的网格结构进行了比较，包括标准的桁架模式。在模拟实验中，他们看到这种玻璃海绵网格在断裂前可以承受最大的压力。与传统桁架相比，带有对角线的海绵网格节点更多，节点间距更小，这可能是它在被压碎前能承受更大压力的一个原因。

受玻璃海绵晶格的启发，乔安娜和卡蒂亚合作设计了一种新的晶格结构，并申请了专利。新的结构在不增加重量的情况下变得更强，可以建造更长的桥梁，更轻的便于运输的基础设施，甚至更流线型的Tai 空车辆——这是生物(海绵)通过数百万年和反复试错的进化。

待解之谜

但是，玻璃海绵为什么会进化出这种结构，目前还不清楚。

玻璃海绵通常生活在几千米的水下。虽然那里的水压很高，但是这种压力来自四面八方。对于它的玻璃光束，压力是相等的，会互相抵消。换句话说，水底的压力对它不构成威胁。

此外，玻璃海绵以水中最小的浮游生物为食。所以它真的需要一个坚固的结构来支撑和过滤水中的浮游生物。此外，玻璃海绵的中央腔内还经常生活着一对小虾(小虾在幼体阶段生活，长大后无法逃脱，靠流入中央腔内的水获取食物，好像嫁给了海绵)。它坚固的骨架一方面可以保护“同伴”不被天敌捕食，另一方面也可以帮助它们减少其他动物碰撞可能带来的伤害。

但是，这些都不足以解释为什么玻璃海绵骨架如此坚固。

除了坚固性，研究人员还想知道玻璃海绵是如何通过这种坚固的网状结构过滤水的，它坚韧的玻璃梁的蛋白质硅分子是如何排列的，以及为什么每个网格中的一些玻璃丝会轻微摆动但并不完全与其他玻璃梁相连。他们表示，目前对玻璃海绵整体骨架的了解仅处于初级阶段，“更深层次的探索”仍在进行中。

反正你现在还觉得海绵“软”吗？