第二章：生物新发现

万物同源，人类并不能单纯从自己身上了解自己，还需要研究万千物种。随着环境意识的提高，人类如何与生态系统中的其他生命共处，也成为一个重要课题。

我认同一个看法，21世纪会是生物学的世纪。所以，第二章我就来介绍这里会有哪些有趣的课题。

老鼠可以不怕猫

猫吃老鼠，所以老鼠在正常情况下都怕猫。这里面有个具体的生理机制，老鼠对猫尿的气味有恐惧心理，闻之即躲。然而在不正常的情况下，老鼠反而会亲近猫，这种情况就是被弓形虫感染。

弓形虫是种寄生虫，可以进入猫的脑部。美国斯坦福大学的萨珀尔斯基教授发现，如果把感染弓形虫的老鼠置于有猫尿味的环境里，大脑反而活跃起来。并且，负责恐惧的区域受到抑制。

受此影响，被感染的老鼠反而去追逐猫。现实中的猫可不是动画片里的汤姆，经常被杰瑞戏弄。这种行为变异的结果，增加了猫捉老鼠的成功率。

弓形虫靠寄生生活，这样把宿主整死，对它有什么好处呢？原来，弓形虫需要在猫的消化系统里面繁衍。所以，能让老鼠主动接近猫，进而被吃掉，恰恰有利于自己。更奇怪的是，除了抑制老鼠对猫尿的恐惧反应之外，老鼠的其它反应都保持正常。甚至，如果遇到非猫科捕食者，老巢仍然会产生恐惧感。

这意味着弓形虫控制老鼠的行为，完全是让它服务于自身的繁衍。当然，这并不意味着弓形虫的智商有多高，只是进化选择的结果。能让老鼠接近猫的弓形虫更容易生存下来。

弓形虫控制老鼠，属于一个更广泛的现象。能够寄生的生物包括细菌、病毒、真菌和原生动物，它们不仅吸收宿主的营养，还会在一定程序上控制宿主的行为，来弥补自己不能自由移动的缺陷。

正象韩国电影《铁线虫》中描写的那样，人类也会被寄生虫控制，做出有利于其繁殖的行为。《铁线虫》虽然是科幻片，但是情节很有科学依据。

人类的皮肤受到真菌感染，会忍不住抓挠，从而扩大感染面积。狂犬病人有嘶咬倾向，会导致更多人感染。

寄生物甚至能导致人类的肥胖。人体中有一个fiaf基因，肠胃排空时，fiaf基因开始起作用，让人体燃料储存的脂肪。这样，人暂时不会产生饥饿感，或者虽然有，也容易克制。

然而，人体内寄生的某些菌群能干扰fiaf基因，让它不能起作用。这样，肠胃一旦排空就产生饥饿感，并且难以控制。人就会经常吃下过量的食物。对于某些严重者来说，不仅经常饥饿，甚至饿得头昏心慌，冷汗直出，非进食不能解决。

科学家做过一个实验，他们杀死鼠身上的菌群，发现鼠的肾上腺皮质激素会增加分泌，让老鼠的行为更大胆。鼠是典型的模式动物，这种规律在人类身上肯定也有所体现。

回到前面的弓形虫，人类吃了没煮熟的肉就会感染它。据估计，人类约有三分之一感染了弓形虫，发达国家约占总人口的十分之一，欠发达国家会高达总人口的十分之九。这么多感染者，人类行为到底多大程度上受弓形虫之类的寄生物控制，是个急需研究的课题。

跟着人类有饭吃

在科幻片《猿星崛起》中，凯撒解救了猩猩同胞以后，带着大家在深山老林里建立营地。如果他们只是想打猎采摘，过老祖宗的生活，当然可以这样选择。然而，他们因为智力提升，想建立属于自己的文明。所以，他们最终还是选择进攻城市。

动物保护工作中有一项内容，名叫“野化放归”。在人工环境下繁育的野生动物，要对它们进行野外生存训练，再放回大自然，目标是让它们彻底适应野外生活。然而在现实中，野生动物恰恰喜欢更与人类生活在一起。

不算人类主动畜养的牲畜，老鼠是最早向人类定居点主动进发的动物。原因就是农业诞生以后，人类开始集中种植和储存粮食，老鼠在人类定居点更容易获得食物。

随着人类定居点扩展，生活空间越来越多地与熊交叉。于是，很多熊会溜进人类的小镇。它们是杂食性动物，定居点的垃圾箱吸引着它们。远洋渔民也发现，虎鲸会长时间尾随渔船。当渔船收网时，它们就冲上来抢鱼吃。

这些例子说明，野生动物更倾向于接近居民点，或者粮库之类的设施。这是否已经成为规律？动物学家开始了研究。

环保专家拉娜雅卡专门研究斯里兰卡首都科伦坡的渔猫，这种动物主要生活在水边。科伦坡城市扩建后，它们溜到市内，专门偷吃人类饲养的宠物鱼。拉娜雅卡开始跟踪一群野生渔猫，发现它们已经适应了停车场或者公路这样的环境，并且在城市里生下第二代。

美国明尼苏达大学的罗德教授研究了小型哺乳动物在城乡环境里的差距，范围包括鼩鼱、田鼠、蝙蝠和松鼠。结果表明，城里的野生动物和它的乡村同胞相比，脑容量增加6%。人类大规模建城也就是两三百年历史，这个进化速度十分惊人。

甚至，蚊子都获益于人类的定居。全世界约有3500种蚊子，叮咬人类的其实只有几种。随着人类形成乡村、小镇和城市，这部分蚊子能够方便地找到叮咬目标，数量因此大增。

为什么野生动物喜欢城市？如果站在动物角度来看问题，原因可能很简单。人类要维持一个定居点，就要把食物集中到这里，野生动物同样看中这个便利条件。由于城市供暖充分，形成热岛效应，比周围乡村和野外普遍高几度，野生动物也更愿意在此栖息。

野外环境对人类不安全，对野生动物同样如此，洪水、干旱和雪灾都会令野生动物大量死亡。而城市通常选址在相对安全的地方，周边又建起各种抗灾减灾设施。越是现代化的城市，离自然灾害越远。

从体型上看，大型野生动物都被人类驱赶到远离城市的地方，城里的小型野生动物失去天敌，反而逍遥自在。

还有一个重要因素，就是随着生态多样性意识的提高，各国政府都出台禁猎措施。北极熊和鲸这类动物接近人类时不再受到伤害。新一代野生动物没有疮疤，当然更不会记得痛。

基因研究或有重要突破

基因是二十世纪生物学最重要的突破，今天生物学的许多前沿课题都与基因有关。也正因为如此，基因知识这个基础如果发生变化，整座生物学大厦就会动摇。但是，这个基础恰恰非常不稳定，很多已经写入课本的基因知识都可能在不远的将来被突破。

其中之一就是DNA的双螺旋结构。由两个螺旋组成的DNA结构早就出现在各种图书中，甚至不乏有城市雕塑来反应它，已经广为人知。然而几十年前，科学家就在试管中制造出拥有四个螺旋的DNA。几年前，英国剑桥大学的科学家更在人体内发现了天然的四螺旋结构DNA，称为G-四链体。

当然，这种DNA在人体中非常罕见，科学家使用一种抗体蛋白进行实验，让它们附着在富含四螺旋DNA结构的区域，才得到这个发现。

研究G-四链体并非只有学术价值，它与治疗癌症有很大关系。致癌基因会引发细胞的急速增殖，造成G-四链体更为密集。科学家借助这种抗体蛋白找到G-四链体，再用药物促使它们解体，以便控制癌细胞的增殖。

DNA是地球上所有生命得以延续的信息基础，这也是生物学的基本知识。然而有些科学家却在研究，是否还存在过一个由RNA主导的生物世界？

RNA就是核糖核酸。在主流生物学当中，它的作用只是翻译脱氧核糖核酸上的信息，让蛋白质以此为模板进行合成，最终出现千姿百态的生物面貌。然而生物学家还发现，RNA并非完全被动的复制工人，它会主动开启某些基因，也能关闭某些基因，让一些基因更活跃，或者不活跃。

而且，如果RNA只是一个单纯的信息翻译机，大自然为什么多此一举？直接让蛋白质按照DNA的信息复制不是更简单？

上世纪六十年代，卡尔·沃斯和亚历山大·里奇开始怀疑RNA曾经是独立的生命体。到了1986年，诺贝尔奖得主吉尔伯特正式提出“RNA世界假说”。他们认为，如果把生命的本质定义为能够自我复制，RNA大分子可能就是最早的生命体。它们中的某些类型已经可以自我复制，并且指挥蛋白质按照复制的信息组成新形体。

当然，RNA的信息传递功能很不完善，容易被环境因素所干扰。后来便被更完善的DNA所代替，自己成为遗传工作的副手。

2020年，英国剑桥分子生物学实验室的科学家又提出了折衷观点，认为地球上最早的生命既非DNA，也非RNA，而是两者的混合体。他们在实验室里制造出RNA和DNA的杂交分子，并推论说，地球早期也具备类似环境。可能是先出现这种混合分子，然后分化成DNA和RNA。前者单纯承载遗传信息，后者以蛋白质合成为主要任务。

这些新假说既有支持者，也有反对者，到现在也没有被证实或者证伪。也许，这里就有你夺取科学大奖的机会？

低等动物也能用工具

会使用工具，曾经被认为是人与动物的本质区别。不过在二十世纪六十年代，动物学家珍妮古多尔在非洲野外环境里观察黑猩猩，发现它们能用树枝钓白蚁，从而揭开灵长类使用工具的发现史。

科学家已经发现，灵长类能用石块砸开坚果，用棍棒抵抗其它野兽，用咀嚼过的树叶去吸水。甚至，有人拍摄到一头大猩猩用木棍去测试水墉的深度。

筑巢是鸟类的本能，所以它们也能使用工具。科学家甚至训练一种乌鸦，让它们用短木棍钩出长木棍，再用长木棍钩取食物。

这样，使用工具又被认为是高等动物的标志。相对于身体而言，它们的脑很大。然而人们又发现，属于哺乳类却不是灵长类的大象，也能够用鼻子卷起树枝，去拍打背后的苍蝇。

日本理化研究所的科学家决心挑战这个界限，他们开始训练老鼠使用工具。当然不是天然工具，而是专门给老鼠设计的微小T型耙。老鼠能够抓握它，把食物耙到自己身边。实验中的老鼠一开始并不会使用T型耙，经过六十天的训练，它们掌握了这种技能。

老鼠是低等哺乳类，在自然界里还没有发现它们使用工具的迹象，这是第一次成功训练老鼠操作工具。当然，它们用了科学家特制的工具，有“开挂”的嫌疑。不过在某些人工环境里，科学家发现鼹鼠会把锯木喳放到口鼻处，阻挡自己吸入脏物。

爬行类在进化树上低于哺乳类，鳄鱼则是典型的爬行类。2007年，动物行为学家迪内茨在印度一个动物园里，目击鳄鱼叨着木棍袭击鸟类。他开始研究野外的短吻鳄，再次发现它们会用树枝攻击白鹭。甚至，它们可能有意识地用木棍引诱会筑巢的鸟，等它们飞过来叨木棍时进行捕食。

短吻鳄体重能达到三百公斤，脑子却只有十克，相当于一只核桃。这么小的脑子却能指挥那么大的身体使用工具，说明动物使用工具的现象可能更为普遍。

黄蜂作为昆虫，比爬行类更低级。动物学家观察到黄蜂把卵产到洞里以后，会用嘴咬住微小的石子，敲打附近沙粒，进而把洞口掩蔽。

能使用工具的最古老动物可能是海蝎，一种五亿年前的古生物，长达两米。某些化石表明，海蝎会把海蜗牛的壳拖过来，将尾部伸进去。海蝎的腮长在尾部，伸进这些壳中可以让腮保持湿润，以便在退潮的沙滩上长时间捕食。

不过，上述很多例子都发生于人工环境，甚至就在实验室中，动物使用的也是专门为实验设计的工具。家里有宠物的读者都知道，宠物很会摆弄那些专门为它们制造的玩具。

这些现象可能意味着很多动物都有使用工具的潜能，但它们不会制造工具，野外又没有那么多便利的物件。这才是很少发现动物使用工具的原因。

高等动物也能感知地球磁场

与工具使用能力相反，感知地球磁场的能力一向被认为只是低等动物才拥有。它属于昆虫、海龟、龙虾、鲑鱼、虹鳟、蝾螈和鼹鼠，蝙蝠和某些鸟类也靠它导航。那么，更为高级的动物会不会也有这种能力？

通过检测磁场而感知自身的方向、高度和位置，科学上叫做“磁感受”，这是2018年才产生的新概念。它的产生机制还没有完全搞清楚，科学家推测有几种可能。有些生物的神经元能产生磁性晶体，通过它来感受磁场。另外一些生物对水中的电荷更为敏感，而电荷会受磁场影响，鱼是这方面的典型。

还有一种叫隐花色素的蛋白质，存在于某些鸟类的眼睛里，这是它们拥有磁感受能力的生理基础。

不管原因何在，与高等动物的视觉和听觉相比，磁感受是较原始的感知能力，在低等生物中更为普遍。然而，生物学家正在高级动物中发现磁感受能力。

一组生物学家观察了全球308处牧场和草原，拍摄8510头牛的日常生活照片。他们还在捷克记录下2974只鹿的生活资料。统计表明，这些牛和鹿倾向于在休息时面朝南北磁极。

这些牧场的其它环境因素，包括海拔、气候和地形都不一样，这么多牛和鹿都倾向于朝着磁极，所以科学家推测，它们有可能会感受到地球磁场。

问题来了，人类是否拥有磁感受能力？其实，科学家早就知道人脑能对磁刺激有反应，还发明了名叫“经颅磁”的技术。顾名思义，就是“经过头颅的磁刺激”。这种仪器发明于1985年，现在已经是常规的实验和治疗设备。它对抑郁症、精神分裂症、脑瘫、自闭症和睡眠障碍等疾病都有疗效。

人脑能受到经颅磁仪器的影响，当然也有可能受地球磁场影响。只不过后者比前者微弱得多。美国加州理工学院的克什维克用模拟磁场对此进行了研究。他在实验室里模拟出与地球磁场强度完全一样的人工磁场，但是方向可以随意调整。

克什维克通过脑电图，记录下被试在不同磁场方向中脑电波的变化。结果发现，当磁力线向下时，脑电图和平时一样。如果磁力线向上，由注意所引发的α波就会增加。

地球的天然磁力线从南极出发上升，平行经过赤道，在北极下降。克什维克的实验表明，如果人造磁力线和天然磁力线的方向不一致，就会导致人体的警觉。

动物进化水平越高，视觉、听觉等感知能力就越发达，“磁感受”在环境适应中的价值也就越低。或许猴子、猩猩和人类真有一定的磁感受能力，但是在生活中用不上，就被压抑了。我们究竟有没有磁感受，如果有，会对我们产生多大影响，这都是很有价值的课题。

黑猩猩智力成分真能超过人

《猩球崛起》是最近一套比较热门的系列电影，翻拍自60年代末的《人猿星球》。无论旧版还是新版，都以智慧的猩猩为卖点。

按照影片设定，它们是吃了人类的药物后，智力才达到人的水平。不过，黑猩猩是与人类亲缘关系最近的动物。在生物学上，它们和人类同属于“人族”。同样的药剂如果给鳄鱼或者黑熊吃掉，肯定没有这种效果。

然而在现实世界中，黑猩猩的智力真能达到甚至超过人的水平吗？这首先要明确什么是智力，不过，这也恰恰是心理学界还没有争论清楚的。

最狭窄的智力定义仅指使用文字符号的能力，也就是读书、写字、计算的能力。如果以此为标准，所有动物都没有智力可言。最宽泛的定义是指解决问题的能力，于是，青蛙甚至蚂蚁多少也有点智力。

要比较不同个体之间的智力，就需要用同一个标准进行测验，不过，给人类使用的智力测验无法用于动物。所以，如果你看到下面这类文章标题，比如“地球上IQ最高的十种动物”，或者“猩猩的智商相当于五岁儿童”，可以肯定它们没有科学依据。

无论如何定义智力，它都是一种整体能力，里面包含着很多成分。虽然目前在整体上无法比较人与动物的智力，但是挑出某个具体的智力成分却可以比较，记忆力就是其中之一。

2007年，日本京都大学灵长类动物学家对三组黑猩猩母子进行记忆测试。他们让黑猩猩观看电脑屏幕上面闪过的数字，记住它们的位置，在数字消失后再指出这些位置。

猩猩普遍能完成这个任务，其中一只七岁黑猩猩做得最好。接着，他们又组织几名大学生与这只黑猩猩比赛。结果，大学生的成功率只有40%，这只黑猩猩却达到80%。要知道，大学生怎么也得接近二十岁，输给一只年纪相当于人类小学生的黑猩猩，可见在快速记忆这个智力成分上，黑猩猩有可能超过人。

组织实验的动物学家介绍说，这只黑猩猩为此接受了几年专门训练，但是大学生也接受了六个月训练，成绩还是不如黑猩猩。

即使整体上达不到人的水平，黑猩猩在很多方面也接近于人。2015年，《英国皇家学会学报》介绍了一项有关黑猩猩烹饪能力的实验。科学家专门制造出一种小盒子，把土豆片放在里面摇动一会，就能把它烤熟。

他们来到非洲刚果的黑猩猩保护区，给黑猩猩分别投放生土豆片和熟土豆片。不出所料，黑猩猩普通喜欢吃熟土豆片。然后，他们提供了这种专门给黑猩猩制造的简易烹饪工具，结果，60%的黑猩猩学会了用它加工土豆片。

当然啦，如果把智力的定义放宽到“解决问题”的能力，那么，马戏团里面的动物普遍超过人类。它们能够钻火圈，骑独轮车，而普通人却不能。

动物也有同情心

人人都有同情心。当我们看影视剧时，明明不是自己的遭遇，而且知道那是假的，但也会为人物命运欢笑、悲伤和恐惧，甚至看国外电影也不例外。这说明同情是跨文化的，人类普遍拥有的心理功能。

同情心究竟有没有客观的生理基础？心理学家一直在研究这个问题。直到1996年，意大利帕尔马大学的里佐拉蒂从恒河猴脑部发现了镜像神经元，才算有所收获。

镜像神经元不同于一般神经元，它们能储存特定的行为模式。拥有它的动物即使自己没做出某种行为，只是看到同类的行为，对应的镜像神经元也能兴奋起来。它们又集中于脑内的某些区域，在那里形成同情的基础。

里佐拉蒂是用单细胞记录技术发现的镜像神经元，这种技术能把微电极插到一个个神经元当中，记录它们哪个活跃，哪个不活跃。这样才精确地分离出这种特殊神经元。从那以后，科学家开始在人脑中寻找镜像神经元。但是，他们又不可能把活人的脑切开来观察。所以就参考猴脑的研究结果，用正电子断层扫描技术隔着头盖骨扫描对应部位，寻找镜像神经元的集中处。

不过，这种对恒河猴的研究还产生了另外一个结果，那就是证明至少灵长类动物也有同情心。其实，中国谚语“杀鸡给猴看”，已经说明古人发现猴子有同情能力。一些家畜在同类被宰杀时会流泪，说明低于灵长类的哺乳动物也会有同情心。

更低级的动物会不会有同情心呢？美国加州斯坦福大学的马伦卡团队开始研究白鼠。他们先是记录下白鼠在恐惧或疼痛当中，脑的哪些部位会活跃起来。然后，他们让一只白鼠处在其他白鼠的视野中，令其出现恐惧或者疼痛反应。结果表明，作为观察者的白鼠大脑相应部位也活跃起来。

反过来，马卡伦用吗啡缓解实验小鼠的疼痛，再把它们放到其它小鼠面前。这些小鼠也生产了与愉快对应的脑部活动。这意味着无法痛苦还是愉快，都会影响其它的小鼠。

在另一项实验中，科学家先将白鼠两只两只地放到笼子里，让它们彼此熟悉。两周后把再它们分开，一只锁在笼子里，另一只放到笼子外面，而笼子只能由外面的机关打开。

实验表明，所有笼子外面的自由鼠都会努力营救同伴。它们会反复尝试，直到把门打开。如果笼子里面不放东西，或者只放人造的鼠模型，这些自由鼠就对笼子无动于衷。

为了进一步测试老鼠的行为有没有利己动机，科学家改造了笼子的结构。一旦自由鼠触碰到机关，囚禁鼠只能从另一边出口逃生，与自由鼠无法接触。结果表明，这并不影响自由鼠解救同胞的行为。

“同情心”听上去很有道德色彩，但它首先是一种生存本领。正是同情心让动物群体互相帮助，应对危险。到底哪些同物还有同情心，它在种群发展中扮演什么角色，非常值得深入研究。

半数生命在地下

地球上的生命主要生活在哪里？大陆还是海洋？答案可能都不对。一些科学家认为，地球上半数生命生活在岩石圈里面！

1991年，瑞典一口六千米深的勘探井在下面发现了磁铁矿。它们不象岩石中原有的成分，更象微生物分解的结果。按照这个思路找下去，到了1994年，当地科学家找到一种铁还原细菌，它们可以将三价铁还原而磁铁矿。

后来，俄罗斯西部和中国东部的超深钻井都发现了这类微生物，种种迹象表明，地球深处可能存在着一个生物圈，它们不靠太阳能，仅靠地层中生成的氢气和矿物能量维持生命。

不过，地层深处是很热的。温度升高，微生物中的蛋白质活性就下降。那么，微生物究竟能扛住多高的热量呢？目前的记录已经达到150摄氏度。换算一下就是说，微生物可以生存在地下四公里深处！

深层生物必须生活在岩石缝隙里，所以主要是微生物，几乎不存在多细胞动物。但它们是一群强悍的生命，可以承受高温、高压和强辐射，完全不需要阳光和氧气。因为缺乏营养，这些微生物的生长十分缓慢。

不过，据现在一些勘探样本估算，如果把地层深处存在的微生物全部秤一下，能达到地球所有生命的一半。也就是说，我们能看到的野兽、鱼和鸟，甚至不干起眼的昆虫，加起来只有这些黑暗细菌那么重。而从数量上统计，地球深部的病毒又是细菌的十倍！

仔细想想也不奇怪，陆地生物只生活在地球表面薄薄的那一层。无论什么样的毒蛇猛兽，都无法吸收哪怕十米以下的营养物质。天空中虽有飞鸟，总质量与地面动物比更是微不足道。而地层里的生命可以在上下几千米的空间内立体生存，总量当然可观。

另外，虽然海洋生物也在海水里分层生存。海洋生物总量是陆地生物的四倍，但也远远无法与地层中的生命相比。更何况深层生命不仅生活在陆地深处，也生活在海洋地壳的深处。

这些黑暗生命是怎么来的？科学家当然第一时间认为它们产生于地面，然后不断深入，并在深处发生进化，适应那里的环境。有些地方，地表水就可以带着细菌灌入地层十公里。

但是进一步的研究表明，深部生命与地表生命没有多少相似之处，反而更象海洋深处的微生物。所以又有人估计，它们都来自阳光照不到的海洋深处，从一开始就不需要阳光提供能量。在苍海桑田的过程中，这部分海洋上升为陆地，而其深部的生命则被困住，独立进化。

限于钻探能力，对地层深处生物的研究最近才开始，但是很有可能改写生物学教材，它意味着地球上至少一半生物并不需要阳光。

同时，这也给人类在太阳系中其他天体上找到生命提供了信心。现在提起地外生命，人们都希望能在其它天体表面找到。现在看来，更有可能在这些天体的地层深处有发现。

动物可以“物理灭菌”

动物沾染细菌怎么办？当然要靠自身的免疫系统。脾脏能过滤血液中的病菌，巨噬细胞负责吞掉外来微生物，唾液里的溶菌酶可以杀死细菌。

所有这些反应都是复杂的生物化学手段，然而生物学家却发现，个别动物可以用简单的物理手段一灭菌，这就是蝉，它的翼便是一种杀菌武器。

人们经常会用“薄如蝉翼”这个形容词，可见其厚度之薄。不过在显微镜下面，能发现蝉翼上有很多鞋钉般的表面结构，尺度仅在纳米级。当微米级的细菌落在上面后，这种钉子阵会把它们困在里面。随着蝉的运动，囚禁在蝉翼上的细菌被拉伸，变形，最终导致细胞膜破裂而死亡。

一个西班牙和澳大利亚的联合团队共同获得了这项发现。为了进一步研究其中的规律，他们把细菌放进微波炉，改变细胞膜的弹性，然后再把这些加工过的样撒到蝉翼表面。结果证明，细胞膜越有弹性，越会被“鞋钉阵”撕碎。

除了揭示蝉的生活规律，这项研究有什么实用价值呢？它可以帮助我们发明新型抗菌材料。公共场所里的桌椅、门把手这些地方经常被触碰，容易成为传染源，需要反复消杀。如果使用酒精，会有火灾隐患。如果使用消毒液，也会对人体有一定危害。

所以，人们一直在研究抗菌材料，它们不用随时涂沫抗菌剂，本身又能抑制细菌滋生。银就是是高效的抗菌材料，但因为昂贵，不可能普及在公共环境里。铜也是抗菌材料，但是本身有颜色，即使少量加入到其它材料中，也会影响其美观。汞、铅、镉等金属能抗菌，但对人体危害也不小。

日常使用的食品包装膜也是一种抗菌材料，里面渗有香草醛或者酚类物质。不过它们都不耐热，容易水解，只适用于短期包装。

有些以不锈钢为基础的抗菌材料能杀死99%的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，经常被用来做餐具。不过它们又有硬度大的缺点，只能制作形状固定的容器。

综合这些材料的优缺点，人们希望发明出一种不用添加抗菌剂，细菌沾上就死的材料，并且还能柔软到制作衣物。既然这类材料不使用化学方法灭菌，就一定得用物理方法灭菌。现在制成的灭菌材料中，有的能通过生物电反应，让细胞中的蛋白质凝固，导致细菌死亡。有的通过光催化反应，在光线下能破坏细菌繁殖能力。

科学家发现了蝉翼结构的灭菌功能，给物理灭菌材料增加了新品种。如果将材料表面制成这种“鞋钉阵”，便能把细菌困在里面。由于“鞋钉阵”是在纳米尺度上，也就是一毫米的百万分之一，皮肤接触时完全没有伤害。