海边溜达散步，在海滩上经常看见大大小小的贻贝壳。退潮后，在海边礁石缝隙里，会发现礁石上生长着一片一片的小贻贝，或裸露在空气中，或浸在海水里。

贻贝就是我们吃货俗称的海虹、淡菜、青口，海鲜市场档口有售卖。它是一种广泛分布于沿海地区的贝类，遍布世界各地的海洋中，营固着底栖生活，经常都会在潮间带及浅海的海岸、特别是多石的岩床上聚集，少数物种生活在深海的栖息地。

贻贝肉味鲜美，蛋白质含量很高（约占干肉中的53.5%），营养价值仅次于鸡蛋，比一般鱼、虾肉都高，且非常容易消化吸收，故享有“海中鸡蛋”的美称，是我国海洋养殖业重要的经济贝类品种之一。

今日海边拍到的这个品种叫翡翠贻贝（学名：Perna viridis，英语：Asian Green Mussel, Green Mussel），俗称孔雀蛤，港澳称之为青口，台湾称之为绿壳菜蛤。翡翠贻贝的壳表颜色很有特点，腹缘呈绿色，向壳顶颜色逐渐加深，壳顶呈褐绿色或褐色。

这一枚枚小小贻贝，它们的成长历程很传奇。刚刚受精的贻贝幼贝渡过一段浮游生活，发育成一枚稚贝。便开始在茫茫大海之中寻找“风水宝地”，来保证它以后的生活衣食无忧，少受侵扰。为了免受捕食者的困扰，贻贝通常聚集并粘附在海边滑溜溜的礁石上，通过过滤流经的海水来获取食物，任凭风吹雨打海浪拍击而岿然不动。贻贝大半生都粘附在礁石上，就算周围不断有海浪水流冲击，贻贝也总是能牢牢地贴在湿润的、滑溜溜的礁石上，它们是怎么做到的呢？

贻贝超强附着力的秘密武器就是身下的“足丝”。贻贝通过它的足腺体分泌足丝将自己牢固地附着在礁石等底物上，这样不仅能让天敌无从下嘴，而且还能在海浪冲刷中稳如泰山。千万不要小瞧贻贝身上这一根根的细丝，这些足丝里头还真有大学问呢。足丝其实是一类由足丝蛋白组成的蛋白质，被足丝腺分泌并通过接触海水硬化后使得贻贝可以牢固地附着在礁石等底物上。只要足丝附着力足够强大，贻贝就可以抵抗汹涌的海浪和凶猛的天敌。贻贝的足丝虽然看起来就是一丛分散的细丝，但其实它们也有根部、茎部、足丝纤维之分，其中足丝纤维由近端部分、远端部分和足丝盘组成。贻贝足丝的分泌过程，也被称为足丝发生。贻贝一旦遇到合适的附着底物，将在几分钟的时间内分泌足丝，从而将自身牢固地附着在礁石等底物上。

这一过程分为四步：（1）贻贝将腹足从贝壳中伸出，使腹足腹侧的凹槽朝向附着底物，并通过肌肉的收缩、运动使腹足远端开口做好分泌足丝蛋白的准备。（2）贻贝腹足紧贴在附着底物表面，形成真空无水的密闭连接，同时足丝蛋白被释放到腹足腹侧的凹槽和远端开口。（3）在几分钟的时间内，足丝蛋白遇到海水，立即硬化形成一根完整的足丝纤维，在这一过程中腹足的腹侧凹槽和远端开口发挥着类似模具的作用，与此同时腹足开始脱离附着底物表面。（4）贻贝重新在附着底物表面寻找合适的位置，直到生成足够多的足丝纤维为止。

贻贝足丝纤维具有高强度、高应变、高弹性、高韧度等一系列非常优异的力学性能。正是贻贝足丝这样精巧的结构，使得贻贝可以非常有效的缓冲海浪、大风等的冲击，从而在礁石等附着底物上安居乐业。前些年我曾从事过胶黏剂领域的研究，知道在有水的条件下实现两种材料的粘合，是非常具有挑战性事情。特别是高性能的医用粘合剂（例如，用于手术或牙科治疗），一般是在潮湿环境使用。根据贻贝足丝原理开发出仿生医用粘合剂，是一个具有巨大应用前景的领域。贻贝足丝优异的水下粘附性能引起了科学家的关注，开始研究其水下粘附机理。半个世纪前，科学家发现贻贝足丝是一种蛋白质-金属配位复合物，含有高浓度的3,4-二羟基苯丙氨酸（DOPA），其原料——液态原蛋白是由贝足内的可流动的微米级分泌囊泡产生，短短几分钟即可通过纵向微导管（LDs）内的纤毛运输分泌出来。足丝蛋白之所以粘附牢固是因为贻贝利用了铁、钒离子形成具有强大粘合力的DOPA-金属配位键。贻贝具有坚固的外壳，足丝蛋白这种高效水下“粘合剂”怎样在贻贝体内合成，在微导管中运输时金属离子怎样被引入配位……这些细胞层面的细节难题一直困扰着研究人员。贻贝足丝蛋白复杂的粘附机理，成为了化学家们研制高性能仿生水下粘合剂路上巨大的绊脚石。

加拿大麦吉尔大学Matthew J. Harrington等人通过显微计算机断层扫描(micro-CT)、光学显微镜、电子显微镜、X射线荧光显微镜和共聚焦拉曼光谱成像多种研究手段，终于成功地揭示了贻贝制造水下粘合剂的细胞机制。海洋贻贝使用钒和铁来构建其基于蛋白质的粘合剂。首先贝类将海水中吸收的铁和钒离子富集储存在细胞内与含儿茶酚分子复合的金属储存囊中，在足丝形成过程中，分别储存有浓缩蛋白原液和金属离子的两类分泌囊在微流通道状的导管网络中混合，并在新生的旁路内形成蛋白质-金属键。金属配位提供了强大的粘合力，促进流体足丝蛋白在海水条件下固化成固体粘合剂。

贝类组织中金属微囊泡的发现，解开了贻贝足丝蛋白超强附着力的谜团。这些发现对开发新型医用生物粘合材料有着深远的影响。他们的相关研究成果以题为“Microfluidic-like fabrication of metal ion–cured bioadhesives by mussels”发表在2021年的顶刊《Science》上。

参考文献：

1.Harrington, S. et, al. (2021). Microfluidic-like fabrication of metal ion–cured bioadhesives by mussels. Science, Vol 374, Issue 6564, DOI: 10.1126/science.abi9702.

2. How mussels make a powerful underwater glue. Retrieved October 11, 2021, from https://www.eurekalert.org/news-releases/930639