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拋開錯綜複雜的由玻璃纖維編織成的外部結構，“維納斯的花籃”海綿出名的原因在於經常存在於其內部的現象：一對正在繁殖的蝦被困在海綿熔岩燈狀的身體裡，並在此繼續共生。因為這一浪漫的生物學現象，日本人會把這種深海海綿當作結婚禮物來贈送。這同樣也讓工程師充滿好奇：水是如何穿過海綿，讓體內的“俘虜”維持生存的？
研究團隊推測，海綿身體上的脊和孔洞結構的分佈引人注目，它們或許改變了流入和流經身體的水流。但想要透過一個水下實驗明確每個結構特性的作用，在邏輯上是不可行的。於是，研究團隊另闢蹊徑，在義大利的一臺超級計算機上進行了一系列模擬，這些模型歷經了超過10年的開發過程。位於羅馬的義大利技術研究院（Istituto Italiano di Tecnologia）的高階研究主管紹羅·蘇奇（Sauro Succi，這項研究的共同作者之一）表示：“這代表了目前模擬的最高水平，而且基本無法透過實驗完成。”相關研究發表在《自然》雜誌上。
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研究人員根據真實海綿的測量資料構建了一個虛擬的三維模型。他們模擬了數十億個粒子，分別在有脊和孔洞結構，以及沒有這兩種結構存在的情況下穿過模型的情形。他們發現，海綿的多孔晶格狀結構減小了水流的阻力，而脊的結構緩和了水流的衝力，並在海綿內部產生了微小的渦旋。渦旋的存在讓海綿的卵子和精子更容易混合，同時也讓海綿自己和困在海綿中的蝦能以更高的效率攝食。
義大利羅馬第二大學的賈科莫·法爾庫奇（Giacomo Falcucci，這項研究的第一作者）表示，團隊人員都對這種結構帶來的既耐久又可以促進繁殖的“雙重收益”感到驚訝，因為有利於繁殖的演化性適應特徵往往會給生物體的其他方面帶來弊端，比如孔雀迷人卻沉重的尾巴。
美國亞利桑那州立大學的數學家和生物醫學工程師勞拉·米勒（Laura Miller）表示：“能看到有研究表明這種複雜的形態確實會給流體力學帶來有趣的啟示，簡直是太酷了。”米勒並未參與此研究，但她在《自然》雜誌上發表了一篇關於這項研究的評論文章。
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在未來的研究中，這種模擬方法可以用於研究流體力學特性尚未被仔細研究過的其他生物。米勒建議，珊瑚的複雜結構可以作為研究目標之一。此外，“維納斯的花籃”海綿的結構已經啟發了生物材料的設計，其中包括一種3D列印的網格結構。與當前的橋樑採用的網格結構相比，這種結構的負載能力更強。研究團隊希望能透過理解海綿的流體特性，應用減小阻力的設計原理，從而改進未來的摩天大樓、潛水艇以及宇宙飛船的設計。
撰文：馬蒂·本德爾（Maddie Bender）
翻譯：董子晨曦
本文來自：中國數字科技館
