在研究肺部时，人类占据了所有的空气，但事实证明，科学家们可以从蜥蜴身上学到很多东西。

普林斯顿大学的一项新研究表明，棕色蜥蜴如何以优雅的简约方式解决自然界最复杂的问题之一——呼吸。人类的肺经过数月和数年发育成巴洛克树状结构，而 anole 肺在短短几天内发育成覆盖着球状突起的粗糙肺叶。这些葫芦状的结构，虽然远没有那么精致，但让蜥蜴可以像人类的肺一样用氧气交换废气。由于它们通过利用简单的机械过程快速生长，因此 anole 肺为设计先进生物技术的工程师提供了新的灵感。

“我们的团队非常有兴趣了解用于工程目的的肺发育，”威尔克家族生物工程教授、12 月 22 日发表在《科学进展》杂志上的一项研究的首席研究员Celeste Nelson说。“如果我们了解肺是如何自我构建的，那么也许我们可以利用大自然用来再生或改造组织的机制。”

虽然鸟类和哺乳动物的肺通过无休止的分支和复杂的生化信号而变得非常复杂，但棕色 anole 肺通过作者将其比作网状压力球的机械过程形成了其相对适度的复杂性——这是书桌抽屉和 DIY 视频中常见的玩具。据研究人员称，这项研究是第一个观察爬行动物肺发育的研究。

anole肺在几天后开始发育，形成一个中空的、细长的膜，周围有一层均匀的平滑肌。在发育过程中，肺细胞会分泌液体，当它们这样做时，内膜会像气球一样缓慢膨胀和变薄。压力推动平滑肌，使其收紧并散开成纤维束，最终形成蜂窝状网状结构。流体压力继续向外推动有弹性的膜，通过强韧网状物中的间隙凸出并形成覆盖肺部的充满液体的球。这些凸起会在发生气体交换的地方产生大量表面积。

蜥蜴肺细胞结构

棕色 anole 的肺是通过一个物理过程发育的，研究人员将其比作压力球——一种可以挤压成无数凸出形状的普通玩具。在 anole 肺中，流体压力推动有弹性的内膜(绿色)通过肌肉网(粉红色)，形成充满液体的隆起，具有丰富的表面积，发生气体交换。这些简单的结构让蜥蜴可以用氧气交换废气，就像人类的肺一样，但它们只需要几天的时间就能长出来，而人类的肺则需要几个月的时间才能完全发育。

整个过程不到两天，在孵化的第一周内就完成了。蜥蜴孵化后，空气从肺部顶部进入，在腔体周围旋转，然后又流出。

对于希望代表人类健康走近自然捷径的工程师来说，这种速度和简单性造就了一种全新的设计范式。该研究还为科学家们更详细地研究爬行动物的发育开辟了新天地。

尼尔森在 2000 年代后期首次开始研究鸡肺时，传统观点认为“鸡肺与小鼠肺相同，与人肺相同，”尼尔森说。“那不是真的。”

为了打破这些假设，她指导她的团队提出了有关不同类别脊椎动物的肺如何自我构建的基本问题。“鸟肺的结构与哺乳动物肺的结构截然不同，”尼尔森说。例如，鸟类没有隔膜，而是将气囊嵌入全身，充当风箱。

为了使鸟类肺部的复杂性适应可以造福人类健康的工具，尼尔森认为科学需要更深入。大自然用两种截然不同的系统解决了气体交换问题。它们是如何联系起来的?可能还有其他系统吗?这导致她的团队回到进化时代寻找共同的起源。爬行动物坐在那里，做爬行动物擅长的事情：隐藏在视线中。

当迈克尔·帕尔默作为研究生加入实验室时，他接受了从头开始组织这项研究的挑战。鳄鱼被证明太无礼了。绿色 anoles 拒绝繁殖。经过多年的前期工作，Palmer 于 2019 年底前往佛罗里达州捕捉野生棕色 anoles。他和他的同事在郊区公园的泥泞中漫步，在树林边缘翻动岩石和树叶。他们使用牙线制成的陷阱捕捉了大约十几个人，并将他们每个人放在自己的小玻璃容器中。然后，他们将这些动物从佛罗里达州北部赶回普林斯顿，该大学的兽医和动物资源工作人员帮助该团队建立了一个永久性的 anole 设施。

就在那时，Palmer 开始观察卵子以绘制生物体的肺发育图。Palmer 与机械和航空航天工程助理教授 Andrej Košmrlj 以及研究生 Anvitha Sudhakar 合作，利用他的观察结果建立了肺的计算模型并了解其物理特性。

“我们很好奇是否可以通过研究如此简单的肺来了解肺发育的基础知识，”获得博士学位的帕尔默说。今年早些时候在化学和生物工程中。他已经看到平滑肌在其他系统中发挥雕刻作用的证据，但在这项研究中，他能够直接观察到它是如何发挥作用的。

“蜥蜴肺是通过一种非常物理的机制发育的，”帕尔默说。“一连串的压力引起的张力和压力引起的屈曲。” 在不到两天的时间里，器官从扁平气球变成完全形成的肺。这个过程非常简单，Palmer 可以使用他的计算模型在实验室中构建一个工作副本。虽然工程系统与生命系统的全部复杂性不匹配，但它已经接近了。

研究人员使用称为 Ecoflex 的有机硅材料浇铸薄膜，该材料通常用于电影行业的化妆和特殊效果。然后，他们将硅胶与 3D 打印的肌肉细胞包裹起来，在膨胀的硅胶中制造出与 Palmer 在活体器官中发现的相同类型的波纹。他们遇到了限制他们创造的逼真度的技术障碍，但最终，它与活体器官惊人地相似。

那些不起眼的后院蜥蜴启发了一种新型的人工肺和一个工程师可以针对不可知的未来目标进行改进的框架。

“不同的生物有不同的器官结构。这很漂亮，我们可以从中学到很多东西，”尼尔森说。“如果我们意识到有很多我们看不到的生物多样性，并尝试利用它，那么作为工程师，我们将拥有更多工具来应对社会面临的一些重大挑战。”

“压力球形态发生：蜥蜴如何建立肺”发表在 12 月 22 日的《科学进展》(DOI： 10.1126/