海胆没有大脑，但它们却以一种似乎违背自然规律的方式长出了尖刺，从而让研究它们的科学家们感到困惑。最近，以色列魏茨曼科学研究所的一组研究人员弄清楚了它们是如何做到的。秘密在于：一种优美而精妙的晶体工程形式。
海胆用刺来防御捕食者和进行运动。与通常由成千上万个小型、几何对称晶体连接而成的外壳等典型晶体结构不同，海胆的每一根刺都是一个单独的、形状复杂的方解石大晶体。“这些刺非常精巧，没有平面，”结构生物学家 Steve Weiner 说。“尽管如此，所有的原子从刺的一端到另一端都是对齐的，这使得它们成为单晶。而且它们可以长达几厘米。这非常了不起。”
更令人惊叹的是海胆在刺断裂后如何再生刺。首先，它们会产生一种富含碳酸钙分子的凝胶状物质。然后它们等待——有时是几天——直到分子完美排列，形成一个单独的、形状复杂的晶体。“这就是海胆开发的诀窍，”化学家 Lia Addadi，Weiner 的研究伙伴说。“它们先沉积材料，只有当材料就位后，才允许它结晶。”
海胆的方法有点像在水下制造玻璃。“你处理的是一种非常复杂的陶瓷，被组织成非凡的形状，”Weiner 说。“它不是在高温烤箱中制备的，而是在常温常压下生长的。”工程师们一定会注意到。“可能有一些应用，例如在微光学、电子学领域，”Weiner 说。“一旦确定了这种工艺，就可以利用相同的原理来开发合成材料。”
海胆拥有无数根由单一方解石晶体构成的刺。当一根或多根刺断裂时，这些微小的生物就会开始再生它们。在以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所拍摄的一系列电子显微照片展示了这一过程。
初始步骤是一个前驱过程，海胆在此过程中产生无定形碳酸钙。这种材料之所以称为无定形，是因为它没有固定的形态，也没有结晶。即使碳酸钙开始聚集在断裂的刺的末端，结晶过程也会被阻止。
到第五天，晶体已经开始从断裂的刺中生长出来。
在七天内，在大多数情况下，它会显示出显著成形的迹象。然而，刺的整个再生过程可能长达两周。“晶体随后是稳定且坚硬的，”魏茨曼研究员、化学家 Lia Addadi 说。“它可能具有对海胆有利的特性，并且形状已经定型。”
所有图片由魏茨曼科学研究所提供。
