浙江在线12月09日讯 “金蝉脱壳”是人们熟知的一种生命现象，自然界中许多动物都有这种换壳的本领。但动物是怎么换壳的？这让人非常好奇。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、浙江大学化学系教授唐睿康带领团队的最新研究发现，这种“换壳”过程受一个“开关”控制：在“关”的信号下，动物会在体内储存为新壳准备的矿物，而当“开”的信号一出现，新壳就快速生成。课题组的相关论文《受甲壳动物换壳启发基于镁-天冬氨酸的结晶开关》发表在12月7日《美国科学院院报》上。

　　这一发现为科学家进一步研究仿生控制功能提供了一个样本。人类在研制生物材料时可以从中获得灵感，制造出一种“仿生开关”，控制生物材料的合成，从而制造出人类所需要的各种结构、形态和功能的生物材料。唐睿康说，这样的“开关”原理也可以进一步发展用于控制人体内的生理性矿化过程，比如骨骼、牙齿的形成以及控制结石、血管钙化等病理性矿化的过程。

　　课题组选取了日常环境中常见的甲壳动物——卷甲虫，也就是我们平常说的西瓜虫，作为生物模型。西瓜虫一生要换很多次壳，此前的研究发现，西瓜虫在换壳前，体内参与成壳的碳酸钙处于一种非晶体状态，在镁离子的作用下，这些不稳定的非晶态的碳酸钙保持在一种“亚稳定状态”，为新壳的快速生成作好物质准备，这个生物准备期要持续2周左右。但是，西瓜虫怎么能够精确地启动换壳程序，使矿物从“亚稳定状态”在短时间内完成结晶变成壳，一直是个谜。

　　唐睿康的课题组研究了处于换壳时期的西瓜虫，找到了这个“开关”。他们发现在一种富含酸性氨基酸比如天冬氨酸的蛋白质的作用下，处于“亚稳定状态”的碳酸钙迅速走向“稳定状态”，从而形成新壳，这个过程在短短的数小时之内就能完成。唐睿康解释说，动物的换壳过程可以理解为一个“结晶”的过程，矿物质在这个过程中经历了非稳定态、亚稳定态和稳定态。镁离子是一个“关”的信号，暂时关闭了结晶过程；而酸性蛋白是一个“开”的信号，它的出现促使矿物质迅速结晶，从而形成新壳。课题组通过镁和酸性氨基酸在实验室里成功地演示了这个结晶开关，还证明了这一“开关原理”还存在于磷酸钙体系，具有普适性。

　　唐睿康教授长期从事生物矿化方面的研究，曾在2008年发明了一种给细胞“穿衣服”的方法，给一个酵母菌“穿”上了一个“壳”。唐睿康说：“那个壳是从无到有的过程，而这次的研究发现，则为选择给生物穿什么衣服，怎么穿得更漂亮找到了方法。”