奇异的质子传导果冻帮助鲨鱼探测猎物的电信号

虎鲨在漆黑的大海中游动，静静地在水中滑行。突然，它鼻子和头上的小毛孔开始发麻，前方海水的电场出现了轻微的扰动——食物！虎鲨一挥尾巴，速度飞快，很快就得到了一顿鱼餐。

人们早就知道，鲨鱼、鳐鱼和鳐鱼（统称为板鳃类）的头部和鼻子上布满了被称为洛伦茨壶腹（AoL）的小孔，它们能够以某种方式探测电流并帮助探测猎物。但它们究竟是如何做到这一点的谜团现在可能已经解开了。

研究这些奇异器官的科学家发现，孔隙内藏有一种特殊的胶状物，对质子具有很强的传导性——这在自然界中并不常见——而且它是迄今为止报道过的质子传导性最高的生物材料。他们的研究结果发表在今天的《科学进展》上。

这是迄今为止报道的质子传导率最高的生物材料。

壶腹部器官以描述它们的 17 世纪意大利鱼类学家的名字命名，每个壶腹部器官由一个开放的孔组成，孔与一个由电敏感细胞组成的小囊相连。连接孔和细胞束的是一条肉质管道，管道内充满了神秘的果冻，这也是本研究的重点。果冻本身粘稠、透明，主要含有水。

尽管 AoL 的用途已为人所知，但这种凝胶在其中的作用却不为人知。因此，加州大学圣克鲁斯分校、华盛顿大学 (UW) 和弗吉尼亚梅森大学贝纳罗亚研究所的研究人员开始着手研究，看看他们能否破解这种奇特凝胶的谜团。

他们从双髻鲨（ Sphyrna tiburo ）、长吻鳐（ Raja rhina ）和大鳐（ Raja binoculata ）鼻子和头上的孔洞中挤出一团团胶状物，然后对这种令人费解的粘性物质进行了一系列电气测试。

科学家们发现这种胶状物具有极高的质子传导性。事实上，它似乎是迄今为止在生物材料中发现的质子传导性最高的，而且它的传导性仅略低于我们在燃料电池中使用的最先进的合成导电聚合物。华盛顿大学电气工程博士生兼第一作者埃里克·乔斯伯格在一份声明中表示：“我第一次测量这种胶状物的质子传导性时，真的很惊讶。”

加州大学圣克鲁斯分校电气工程副教授、这项研究的通讯作者马可·罗兰迪 (Marco Rolandi) 认为，也许角质素硫酸盐（一种在凝胶中含量很高的碳水化合物）可能会向混入凝胶中的水贡献自己的质子，从而使其更具导电性。“它有一个酸性基团，可能会贡献质子，”他推测道。

罗兰迪在另一份声明中总结了这一发现，他说“在果冻中观察到高质子电导率非常令人兴奋”，并进一步解释说，它可能在材料科学或非常规传感器技术中很有用。

当鲨鱼在珊瑚、浅海和公海中游弋时，它们周围的水环境中的电干扰会被劳伦茨壶腹中的水母拾取，并传送到底部的电敏感细胞中。覆盖在它们鼻子和头部的所有毛孔形成了一个充满水母的管道网络，这些管道可以同时整合多个电信号，使这些捕食大师能够检测到每厘米 5 纳伏的电场变化。“劳伦茨壶腹是非常特殊的电场传感器，”罗兰迪说。这只是进化武器库中的又一个武器，让这些古老的捕食者得以存活数十万年。