以镁和生物高分子稳定的无定形碳酸钙与无定形磷酸钙构成红朱海蛞蝓（Baptodoris cinnabarina，裸鳃目，腹足纲）的体壁棘针

软体海蛞蝓里的隐秘骨架

乍看之下，鲜艳的海蛞蝓 Baptodoris cinnabarina 看起来像个柔软、果冻般的生物，似乎没有任何坚硬部位。然而在其皮肤内部存在一套由无数微小针状体组成的轻质内骨架。本研究揭示了这些针状体的成分、构建方式以及为何自然选择一种不同寻常、玻璃状的矿物而非常见的晶体来支撑该动物的身体。

有秘密框架的柔软动物

Baptodoris cinnabarina 是一种扁平、颜色鲜明的海蛞蝓，活动于地中海及邻近的大西洋的岩石和泥底上。与许多携带实壳的近亲不同，这一物种将其矿化结构隐藏在体壁内。通过高分辨率三维X射线扫描，研究者显示出该蛞蝓的皮肤中遍布细长的杆状构件，称为棘针。这些棘针形成连续的内部网格，像柔性笼子一样包裹动物，尤其在背部作为感受器的小隆起处分布更为密集。这样的排列把软组织转化为加固层，而无需外壳。

微小杆状体的构造

当科学家用电子显微镜放大观察时，每根棘针都呈现出复杂的构造。每个杆体具有明显的外缘和内核。外缘包含许多薄的、有机物同心层，类似年轮，与小颗粒矿物交错排列。相比之下，内核更为均质且高度矿化，仅留有稀疏的有机层痕迹。在样品制备过程中观察到的裂纹倾向于在棘针的内侧形成，但会在外缘处突然停止，这表明外缘的层状结构充当了防裂内建屏障，帮助使杆体既坚韧又略具柔韧性。

玻璃状矿物而非晶体

为确定这些棘针的组成，研究团队结合了多种先进手段，包括X射线衍射、电子衍射、元素成图与固态核磁共振。这些方法得出了一个显著结论：棘针内部的矿物并非像常见壳体材料那样呈晶体结构，而是无定形的——更像被冻结的液体或玻璃。主要成分为无定形碳酸钙，同时伴有无定形磷酸钙。这种组合不常见但高度稳定：即便是通常会促使晶化的强电子束也未能改变其结构。精确测量显示，棘针的内核富含含镁的无定形碳酸钙，而外缘含更多磷酸盐与有机物，造成从外向内的成分梯度。

为何无序材料是一种优势

无定形矿物为该蛞蝓带来重要的力学优势。由于缺乏晶体的有序结构，它们没有容易沿特定弱面裂开的倾向，从而不那么脆，更能阻止裂纹扩展。其各向同性特性意味着它们对来自任意方向的力具有类似响应，非常适合于在运动中会弯曲、扭转和收缩的动物体。外缘富含磷酸盐与有机物、更抗损伤的结构与更硬、更富含镁的内核的组合，使每根棘针既坚固又耐损。大量这样的杆体共同构成了一个轻质的内骨架，使皮肤变得坚挺、支持运动，并可能使表面对捕食者不那么适口，同时仍保持动物的敏捷性。

设计般的轻质内骨架

总之，该研究表明 Baptodoris cinnabarina 依赖一种经过精细构筑的复合材料：有机薄层加上两种不同的无定形矿物，其成分从外缘到内核各有分布差异。该海蛞蝓并非构筑沉重的外壳，而是在皮下使用隐蔽的网状支架来加固其柔软体表。此项工作突显了自然如何利用无序、玻璃状矿物来创建既坚固又柔韧并极为稳定的内骨架——为设计新型轻质、抗断裂材料提供了新颖灵感。

引用: Griesshaber, E., Salas, C., Castro-Claros, J.D. et al. Magnesium- and biopolymer-stabilized ACC and ACP form the body-wall spicules of Baptodoris cinnabarina (Doridida, Gastropoda). Sci Rep 16, 12895 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47236-9

关键词: 生物矿化, 海蛞蝓, 无定形矿物, 轻质骨架, 海洋无脊椎动物