《Nature》：3D打印仿生昆蟲幫助科學(xué)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(xué)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(zhǔn)的昆蟲模型，用于生物學(xué)研究。

相關(guān)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(tuán)隊(duì)由工程學(xué)院的Ruth Goodridge教授和Mark East領(lǐng)導(dǎo)，與生物學(xué)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(fù)制現(xiàn)有物種，并生成具有新形狀和顏色圖案組合的假設(shè)變體。

△圖片來源：湯姆·里德

研究團(tuán)隊(duì)在劍橋附近一片占地16.8公頃的馬丁利林地（Madingley Wood）進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，該林地自21世紀(jì)初以來一直作為鳴禽研究地點(diǎn)。2022年10月至2023年2月期間，研究人員每周訪問該地點(diǎn)兩到三次，操作六個(gè)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(biāo)簽、RFID閱讀器和追蹤攝像機(jī)來監(jiān)測(cè)野生鳴禽對(duì)人工獵物的反應(yīng)。

這項(xiàng)研究考察了擬態(tài)者必須多準(zhǔn)確地模仿危險(xiǎn)物種才能欺騙捕食者。結(jié)果表明，鳥類能夠有效地識(shí)別擬態(tài)者并避開危險(xiǎn)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(duì)比和整體體形，對(duì)于成功模仿似乎比精確復(fù)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(shù)產(chǎn)生不同程度模仿的中間體。（圖片來源：Christopher Taylor）

在葡萄牙進(jìn)行的額外實(shí)驗(yàn)涉及蟹蛛，并證明不同的捕食者依賴于不同的感官輸入。當(dāng)靜態(tài)的3D打印模型無法激發(fā)蜘蛛反應(yīng)時(shí)，研究人員使用Arduino控制器添加運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)感知而非視覺外觀。

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