《Nature》：3D打印仿生昆蟲幫助科學家繪制自然界擬態(tài)的極限

2025年7月7日，南極熊獲悉，來自諾丁漢大學的研究人員開發(fā)出一種3D打印方法，可以打印外型逼真、色彩精準的昆蟲模型，用于生物學研究。

相關研究以題為“Mapping the adaptive landscapeof Batesian mimicry using 3D-printed stimuli”的論文發(fā)表在《Nature》期刊上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09216-3

研究團隊由工程學院的Ruth Goodridge教授和Mark East領導，與生物學家Christopher Taylor、Tom Reader、John Skelhorn和Francis Gilbert合作，創(chuàng)造了逼真的人工獵物。打印的模型可以復制現有物種，并生成具有新形狀和顏色圖案組合的假設變體。

△圖片來源：湯姆·里德

研究團隊在劍橋附近一片占地16.8公頃的馬丁利林地（Madingley Wood）進行了實地試驗，該林地自21世紀初以來一直作為鳴禽研究地點。2022年10月至2023年2月期間，研究人員每周訪問該地點兩到三次，操作六個喂食站，這些喂食站配備了蓋子蓋著的食盤，食盤上印有不同的3D打印獵物模型。這些喂食站使用PIT標簽、RFID閱讀器和追蹤攝像機來監(jiān)測野生鳴禽對人工獵物的反應。

這項研究考察了擬態(tài)者必須多準確地模仿危險物種才能欺騙捕食者。結果表明，鳥類能夠有效地識別擬態(tài)者并避開危險的獵物，但捕食者在某些情況下可以容忍不完美。某些特征，例如顏色對比和整體體形，對于成功模仿似乎比精確復制更為重要。

△一組3D打印仿生昆蟲模型，包括一只蒼蠅（左）、一只黃蜂（右）和三只通過3D變形技術產生不同程度模仿的中間體。（圖片來源：Christopher Taylor）

在葡萄牙進行的額外實驗涉及蟹蛛，并證明不同的捕食者依賴于不同的感官輸入。當靜態(tài)的3D打印模型無法激發(fā)蜘蛛反應時，研究人員使用Arduino控制器添加運動，成功觸發(fā)了捕食者的行為。這凸顯了蜘蛛與鳥類不同，它們更依賴于運動感知而非視覺外觀。

這項研究揭示了自然選擇的局限性，并解釋了為何擬態(tài)適應在達到完美之前往往會停滯不前。這些發(fā)現有助于確定擬態(tài)的哪些方面對不同類型的捕食者最為重要，并確定生物適應性需要達到何種精確程度才能成功進化的閾值。