原文发表于科学松鼠会：[凝]小生命，大工匠——硅藻的玻璃艺术

资讯小分队 发表于 2011-04-20 13:51 

小分队发表于 2011-04-20 13:51发表于 2011-04-20 13:51  

晶莹剔透是玻璃制品给我们的第一感觉。这些人工制品承载了很多人童年的乐趣，比如弹珠、养小龟的器皿、各种流光溢彩的小摆件……玻璃和水晶在快乐的孩童看来并无差异。据说，当小孩发现玻璃和钻石的区别的时候，他就长大了。

当腓尼基人第一次在沙滩的篝火灰烬里发现这种人造水晶石的时候，将它们作为上天赐予的装饰品。而此时，大自然里的微型“工匠”——硅藻摆弄玻璃已经有上亿年的历史了。

（图片说明：硅藻，这一白垩纪就出现了的单细胞植物其实身影遍布，平常的池塘、溪流、海洋中都有它们，甚至雨后积存的小水洼中也能找到它们的踪迹，只不过个头太过微小，只能在显微镜下方能一睹它们的真容。）

一个硅藻诞生之初的第一项任务就是制作自己的玻璃外壳，它们从父母（如果可以称为父母的话，因为大多数硅藻一直延续着“一分为二”的繁殖方式）那里只继承了半个玻璃盒子。要想获得一个安宁的家，就需要把另一半外壳造好。

对人类来说，玻璃的制造工艺就是火的艺术，将主原料石英（二氧化硅），以及作为辅助材料的纯碱和石灰一股脑塞进熔炉，再加上上千度的高温，一锅原料就变成了热乎乎的“玻璃水”，这些黏黏糊糊的原料就可以任由我们加工成想要的玻璃制品。

不过，硅藻可承受不了如此高温，它们还不想吧自己变成硅藻烧烤。不仅如此，单单是收集到制作玻璃的石英，对于无手无脚的硅藻就是个考验。

所以，在成为玻璃工匠之前，硅藻们先要当化学家。虽然石英在水中的溶解量微乎其微，但是这种晶体在碱性环境中就不再强硬。硅藻的本领之一就是释放出碱性物质，促进石英的溶解。虽说溶解的量还是有限，但足以供给硅藻的建筑工程。好了，得到这些“石英汤”之后，硅藻就要制作外壳了。

一般地，人们植物的玻璃容器都是“吹”出来的，无论是圆球、玻璃瓶、还是玻璃盘，都是先用吹管沾上滚烫的“玻璃浆”，像吹肥皂泡那样，先吹出一个玻璃球，在通过甩动，模具成型，切割延展等工序得到大致形状的器物胚子。因而做成球形的容易，但是方形的容器，毕竟不能一下子吹出个方形的玻璃泡，这也是造型独特的玻璃容器价格昂贵的一个原因了。

但是硅藻却能制出造型各异的生命容器，或似初升的新月，或似微缩版的海星，或似潮人头上的发卡，还可以是中规中矩的两个相扣的圆盘。相形之下，人类制造的玻璃容器都显得粗陋了些。

硅藻的秘诀就在于先做好“模板”。制作模板的材料非金非银，而是活生生的蛋白质。它们就像搭出房屋框架的大梁和椽子一样，只要在上面覆盖上石英“瓦片”就成了。考虑到没有搬运石英瓦片的泥瓦匠，这些蛋白质框架都设有自动搬运系统，在蛋白质上需要添砖加瓦的地方特别留出了一些酸性氨基酸分子的“铆合点”，那些在碱性“石英汤”溶解的石英，一碰到这些氨基酸就会析出，凝附上去。这样看来，硅藻制造的才是真正的“有机玻璃”，这份无师自通、代代相传的手艺，人类玻璃工匠只能望而兴叹吧。

硅藻的有机玻璃制作工艺还有个好处，就是这样框架结构的玻璃制品，从一开始就注定是工艺品：自构建蛋白质骨架之初，那些复杂精致的花纹就决定好了。而面对玻璃胚子的人类工匠则需要谨小慎微地动用高速金刚石砂轮或者强腐蚀性的氟化氢，以求做些表面纹饰。（这非常难，玻璃既硬又脆，里面的二氧化硅分子都要按规矩站好队，在外力的作用下稍微偏离角度，就会一哄而散。）

好了，一个玻璃工艺品经过熔化、吹塑、雕琢、打磨之后终于可以上得台面。不过，要想让它们熠熠生辉，在最开始就得加入氧化铅之类的添加剂，以便增加玻璃的对光的折射率，使玻璃看起来更晶莹。

硅藻就省去了这些麻烦，虽然这些外壳中只有石英（二氧化硅）以及少量的蛋白质和果胶，它们也能折射出迷人的光芒。一来是因为这些壳够薄，厚度以分子计；二来是这些壳经过纳米级（蛋白质生长就精确到这个程度）的设计施工，其中二氧化硅精细的缝隙、队列都可以保证光线以独特的路线行进，让光芒完美地呈现出来。

今天，这些精致又使用的微型玻璃工匠们，依然在河流、湖泊和海洋中继续它们的手艺。如果想从它们那偷取一些灵感，不妨去显微镜下与它们邂逅一下吧。

羽纹硅藻的外壳看起来就像是玻璃器皿，极具质感。

由于硅藻使用的是蛋白质模板来制造玻璃外壳，所以能做出让人惊叹的形状。比如，图中的这种“新月”和棒球棍。

（文字编辑：杨杨）