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有了3D打印动物模型，研究动物“嘿咻”就是这么简单

百家作者：DeepTech深科技 2018-04-21 13:38:57

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在哥斯达黎加西北部的森林中，有一种蟾蜍会在每年的第一波降水到来时聚集，这是它们一年一度的交配季节，时间只持续一天左右。

在交配时节，雄性蟾蜍会变成金黄色。来自加拿大Windsor大学的一对生物学家Daniel Mennill博士和她的丈夫Stéphanie Doucet博士花了十年时间来研究蟾蜍颜色变化的生物学意义。

就在几年前，他们用黏土制造了一批金黄色的假“蟾蜍”，在交配时节到来时将这些模型混入蟾蜍聚集的地方，并观察它们的行为。他们发现，蟾蜍可以通过颜色辨别出雄性和雌性，这可以帮助它们更高效地繁衍。

但今年的情况有点不一样：一批由3D打印制成的高仿蟾蜍机器人“混入“了这些蟾蜍交配的大军中。它们的任务是帮助科学家分辨出颜色的鲜艳程度对蟾蜍交配行为的影响。

这些被称做“RoboToad”的仿真模型由Mennill博士实验室的学生Lincoln Savi用3D打印技术制得。通过扫描大量的图片，符合雄性蟾蜍体貌的模型被电脑软件精确构造并由3D打印而成。通过内置的马达，这些模型还可以像真实的蟾蜍一样活动。Mennill博士表示，这种新兴技术极大地拓展了野生生物学家所能研究和回答的问题。

在给这些“雄性”蟾蜍加上淡黄和金黄的皮肤并进行对照分组后, 研究人员将这两组蟾蜍机器人RoboToads“放归”哥斯达黎加的森林中。

这些身形俊俏的“外来客”成功骗过了蟾蜍的眼睛。他们发现，雌性蟾蜍更倾向于选择颜色更鲜艳的金黄色 RoboToad 进行配对。

事实上，通过3D打印制造高仿真的动物模型来研究野外环境下动物的特定行为正在成为一种新兴并且高效的研究方法。因为传统的黏土工艺无法制造出高仿真的模型，同时也很难精确控制人们想要研究的变量，如颜色，体形等。而3D打印技术则很好地解决了这一问题。

图丨混入自然界的3D打印蟾蜍机器人RoboToad

加拿大Carleton大学的生物学家Grégory Bulté就是这种新技术的受益者。

Bulté博士研究的是地理图龟，其成年雌性龟的身长可以达到雄性龟的两倍。而雌性龟的体型大小和吸引异性的能力是否相关，则是他一直想要解决的问题。

由于地理图龟是水生动物，它们的交配一般在水底进行，这使得直接观测变得特别的困难。利用3D打印技术，Bulté的团队制造了两种除体型大小不同外完全一样的雌性龟模型，并装上了摄像头来监测雄性龟对这两种体型的“同类“的交配倾向。

研究人员发现，雄性龟更倾向于同体型更大的雌性龟进行交配。这验证了Bulté博士十几年来无法被证实的推测。他对这种新研究方法表示非常的认可。

他认为，使用活体动物来进行这种研究会受很多不可控因素的影响，例如动物之间潜在的感情联系会影响研究人员对研究对象的选择及结果的判断。3D打印技术几乎是一个“完美的解决方案”。相比过去人们需要请艺术家和标本制作师手工制作每一个单独的模型，3D打印技术可以相对廉价地制造多个相同的实验模型。

图丨雄性地理图龟倾向于和体型更大的雌性龟（3D打印模型）进行交配

此外，3D打印技术还可以让科学家们制造出更加精细的模型。

来自伊利诺伊大学香槟分校的鸟类学家Mark Hauber通过3D打印技术制得的鸟蛋来研究孵育寄生现象。孵育寄生是自然界中鸟类将蛋产在其它鸟类的鸟巢中并让它们帮助哺育自己后代的现象。过去，研究者们都用石膏和木头作为生产鸟蛋模型的原料。但通过3D打印技术，Hauber的团队创造出了更佳逼真的鸟蛋，通过精确控制鸟蛋模型的大小，他们研究了相差几毫米的不同鸟蛋是否会让宿主鸟识别并将其扔出巢穴。

3D打印技术制造动物模型的另一大好处就是，研究者能够进行可重复的实验。Hauber教授将其实验室设计的鸟蛋模型在网络上免费共享，使得别的研究人员方便使用他们的方法和重复他们的实验。

虽然3D打印技术非常有用，但是使用其进行生物行为学研究的实验室仍然很少。来自Temple大学的生态学家Jocelyn Behm认为，这可能是因为生物学家对这项看似高科技的技术感到遥不可及。

为了帮助其它研究者，她在bioRxiv上预发了一篇文章总结了近年来使用这项技术进行生物学研究的成果。她表示：“在接触3D打印之前，我一直觉得这是一项非常难的技术，但随后当我真的开始使用的时候我发现它并没有想象中的复杂。”Bulté博士也表示：“运用这项技术的关键在于寻求合作者。如果人们不互相交流，他们可能会认为这是一项很难运用的技术，但实际情况并不是这样。”

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编辑：Lingjue 校审：黄珊

参考：

http://www.sciencemag.org/news/2018/04/here-s-what-happens-when-you-replace-toads-and-turtles-3d-printed-replicas-wild