金秋九月，在这个收获的季节里我们又迎来了新学期。今天蔡司君要为同学们讲一讲小壁虎的“秘密”。大家在课本中都读过《小壁虎借尾巴》，文章中小壁虎为了躲避蛇的捕捉，扭断了自己的尾巴逃跑了。壁虎“断尾”再生这一现象是壁虎为了躲避危险的自保行为。其实壁虎除了这个本领外，还有其他不得了的本领，就让蔡司君带领大家从下面两个问题开始，一同揭开壁虎的“秘密”吧。
01为什么壁虎的尾巴想断就断？壁虎“断尾”现象在动物学研究中叫做“自截”。“自截”并不发生在两个尾椎骨之间的关节处，而是发生于同一椎体中部的特殊软骨横隔处。这种特殊横隔构造在尾椎骨骨化过程中形成，通过尾部肌肉强烈收缩实现断开。软骨横隔的细胞拥有胚胎组织的特性，可以不断分化，因此尾巴在断开后又能在原处再次生长。资料显示，已有科学家使用计算机模拟方式构建了壁虎尾骨的三维结构模型。现在，让蔡司君带你通过蔡司X射线显微镜（点击查看）对完整的壁虎尾巴进行三维成像，深入了解壁虎尾巴内部的真实构造。
▲壁虎尾巴三维成像结果
从三维成像结果可以看出，壁虎躯干部分的脊椎骨和尾巴部分的脊椎骨在构造上有所不同。尾部脊椎骨的上部多出了一个尖尖的骨骼（资料称之为棘状突起），而躯干部分并无该结构。基于此可以推断，该结构有利于壁虎尾巴向着左右、上下多个方向快速摆动，从而更容易实现“自截”的操作。
为了进一步了解壁虎尾巴的断裂位置，蔡司君模拟壁虎“自截”时的左右、上下摇动，直到壁虎尾巴局部开始断裂。随后再次把壁虎尾巴样品放入蔡司X射线显微镜中进行成像，得到图中断裂的尾椎骨的三维成像。
▲壁虎断裂的尾椎骨与完整的尾椎骨的三维成像对比
通过壁虎断裂的尾椎骨和完整的尾椎骨的成像对比，可以明显看出壁虎尾巴发生断裂的位置是在每块尾椎骨的两侧突起结构的位置。从科学家使用计算机模拟得到的结构图可以看出，模拟所得的壁虎尾椎骨结构非常接近壁虎实际的骨骼结构，不过在“断尾”位置的真实形貌表达有待具体。而在蔡司X射线显微镜的辅助下清晰揭示了壁虎尾椎骨“断尾”位置的真实形貌。
▲壁虎尾巴三维成像结果
02是什么让壁虎拥有超强的攀爬能力？
难道是因为壁虎的爪子上长满了吸盘？实验继续进行：
蔡司君在蔡司X射线显微镜的帮助下，使用0.9微米体素分辨率对壁虎爪子进行了无损三维成像。在成像结果虚拟切片上可以看到一排排密密麻麻的绒毛结构，从三维渲染图上更可以直观地观察到绒毛结构的分布情况。这些绒毛结构直径不过2微米左右，壁虎爪子上可是有上百万根这样的绒毛结构。您没有看错，就是上百万根绒毛结构，而不是吸盘。
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韩国首尔延世大学科学家David W. Green和他的同事利用蔡司X射线显微镜 Xradia 810 Ultra（点击查看）获得了壁虎皮肤表面绒毛三维结构的高衬度图像，并将3D图像进行了数字转换。通过参考壁虎皮肤这种绒毛结构，他们设计并3D打印出微突起结构以获得针对细菌细胞的最佳杀伤性能。通过对比天然壁虎皮肤和仿生的3D打印壁虎皮肤可以看出他们实现了壁虎皮肤结构的复制。
▲天然壁虎皮肤（左一）和3D打印壁虎皮肤（左二）的三维成像对比，使用蔡司X射线显微镜
此外，蔡司君还使用蔡司场发射扫描电镜 GeminiSEM系列（点击查看）拍摄了壁虎绒毛结构图，从纳米结构的角度揭示了壁虎能够和墙面紧密吸附的真相。
▲壁虎皮肤的二维虚拟切片图（左一），可以看出尖端部分只有几十纳米，使用蔡司X射线显微镜；壁虎绒毛结构图（左二），使用蔡司扫描电子显微镜
据科学家分析，壁虎的爪子和皮肤之所以能够吸附在光滑的物质表面是因为“范德华”力的作用。“范德华”力是一种微弱的分子间作用力，只要消耗极小的能量就能产生惊人的吸附力。正是由于这些足够细小的绒毛结构产生了“范德华”力效应，壁虎才能够“飞檐走壁”。
其实关于壁虎的“秘密”远不止于这些。目前围绕壁虎在运动仿生学、生物力学、材料科学、医学等多个领域的研究数不胜数。人们总是期望从这个擅于攀爬的“精灵”身上获取更多的灵感来“造福”世界。今天蔡司君借助蔡司三维X射线成像技术和扫描电镜纳米成像技术为大家展示了壁虎尾巴和皮肤上的微观结构，相信这些显微镜技术将帮助今后的科学家们揭示更多壁虎的“秘密”。蔡司君作为一名显微成像工程师，很荣幸在开学第一天以这样直观的方式向同学们揭示壁虎“断尾”和“飞檐走壁”的真相。
参考文献：
1. http://k.sina.com.cn/article_1864187771_6f1d3f7b00100sub5.html
2. Green, D.W., et al., High-Definition X-Ray Imaging of Small Gecko Skin Surface Protuberances for Digitization and 3D Printing. Advanced Materials Interfaces, 2018. 5(13) DOI: 10.1002/admi.201800201.