珍珠是怎樣變成圓形的
自然界中的防禦機制多種多樣，而其中最具美感、最打動人心的一種當屬珍珠的形成過程——當有沙粒或寄生生物等外來微粒進入牡蠣、蛤蚌和貽貝的軟體後，便會形成珍珠。
當有沙粒或寄生生物等外來微粒進入牡蠣、蛤蚌和貽貝的軟體後，便會形成珍珠。 當防線被破壞後，這些生物體便會將入侵者包裹在珍珠質裏，這是一種堅硬的閃光材料，又稱珍珠母。最終生成的珍珠可能呈現多種顏色，白色、灰色、黑色、紅色、藍色、綠色和黃色。由於珍珠廣受人們喜愛，所以催生了有著數千年歷史的珍珠捕撈業。如今，印度洋、東亞和太平洋各地的牡蠣農場都在收獲珍珠，養殖戶會將圓形珠子塞進貝殼動物的軟體內，將其作為種子來人工增加珍珠產量。 然而，儘管擁有如此悠久的歷史，而且極具經濟價值，但我們至今仍未完全理解珍珠的形成過程。我們知道，珍珠可以呈現多種形狀，例如細長形和橢圓形，或者適合做成耳墜的淚珠形。還有一種不規則的巴洛克珍珠，就像在一端加上了一些焊接斑點一樣。但最受追捧的還是正圓形的珍珠。 珍珠往往都是「旋轉體」形態——也就是完美的旋轉對稱形態，只要圍繞一個軸旋轉一條曲線即可實現。這些都是不完美的圓形或者卵形，但周圍往往會留下一些線條和圓環，就像用車牀加工過一樣。仔細思考一下，你會發現這是一種自然界很罕見的形狀。 事實上，科學家最近證實了珍珠養殖戶長久以來的一項猜測：他們認為，具有旋轉對稱形態的珍珠其實是「轉出來的」——也就是說，它們會在貝殼動物的軟體內邊生長邊轉動。2005年發表在法語期刊《des Perliculteurs》上的一份報告發現，珍珠大約每20天左右旋轉一次。這也可以解釋這種旋轉對稱形態的成因：沿著轉軸的所有生長差異都會在整個圓周上留下印記。 可是，究竟是什麼促使珍珠旋轉的呢？西班牙國家研究委員會的晶體生長專家朱利安·卡特賴特(Julyan Cartwright)和他的同事給出了一種可能的解釋。 棘輪結構 珍珠質是一種奇異的材料，它主要由礦物霰石組成，這是碳酸鈣的一種形式(粉筆和大理石的主要成分也都是碳酸鈣)。這種礦物質以薄片的形式一層層地堆疊在一起，然後用較為柔軟的有機蛋白質膜和殼質(昆蟲表皮和蝦殼的主要成分)「粘」在一起。這種鬆散連接的硬層結構使得珍珠質極其堅硬，並且具備抗裂性。也正因如此，科學家才希望能夠通過人工合成的方式模擬這種材料。它反射光線時還能生成光波干擾，呈現五顏六色的耀眼效果。 組成珍珠質的化學物質是由負責生成軟體動物外殼的細胞分泌的。多層同時增長便可在珍珠表面形成「梯田」——只有在顯微鏡下才能看到。卡特賴特和他的同事認為，這些梯田是珍珠旋轉的關鍵。 他們表示，隨著新的鈣和碳酸離子，或者殼質或蛋白質分子，粘到一個梯田的台階上，並且成為這種正在生長的晶體的一部分時，就會釋放出能量，溫暖整個表面。周圍液體中的水分子從階梯邊緣上彈開，在這一過程中獲得熱能。得益於動量守恆定律，便會向相反的方向產生一股很小的作用力。 如果表面的梯田階梯都是隨機朝向的，這些作用力就會相互抵消。但這些梯田卻都像地球的經度線一樣平行排列，從而在珍珠表面形成了像棘輪一樣的結構。由於存在這種棘輪外形，所以暖水分子的微弱作用力都會朝向同一個方向，導致正在生長的珍珠發生旋轉。研究人員估計，直徑1厘米的珍珠受到的這種作用力約為0.1牛頓——大約相當於一個草莓的質量——這便可以實現與實際觀察基本相符的旋轉速度。 研究人員承認，他們的觀點還存在一些差異，但這一理念或許可以用於製作小型自旋電機。但不要擔心：他們還沒有發明永動機。這種旋轉的動力來自結晶化學反應中釋放的熱量，結晶完成後就會停止——換句話說，當「燃料」耗盡後，也就無法繼續旋轉。 請訪問 BBC Future 閱讀 英文原文。 （責編：林杉）