有了3D列印動物模型，研究動物就是這麽簡單

在哥斯達黎加西北部的森林中，有一種蟾蜍會在每年的第一波降水到來時聚集，這是它們一年一度的交配季節，時間隻持續一天左右。

在交配時節，雄性蟾蜍會變成金黃色。來自加拿大Windsor大學的一對生物學家Daniel Mennill博士和她的丈夫Stéphanie Doucet博士花了十年時間來研究蟾蜍顏色變化的生物學意義。

就在幾年前，他們用黏土製造了一批金黃色的假“蟾蜍”，在交配時節到來時將這些模型混入蟾蜍聚集的地方，並觀察它們的行為。他們發現，蟾蜍可以通過顏色辨別出雄性和雌性，這可以幫助它們更高效地繁衍。

但今年的情況有點不一樣：一批由3D列印製成的高仿蟾蜍機器人“混入“了這些蟾蜍交配的大軍中。它們的任務是幫助科學家分辨出顏色的鮮豔程度對蟾蜍交配行為的影響。

這些被稱做“RoboToad”的仿真模型由Mennill博士實驗室的學生Lincoln Savi用3D列印技術製得。通過掃描大量的圖片，符合雄性蟾蜍體貌的模型被電腦軟體精確構造並由3D列印而成。通過內置的馬達，這些模型還可以像真實的蟾蜍一樣活動。Mennill博士表示，這種新興技術極大地拓展了野生生物學家所能研究和回答的問題。

在給這些“雄性”蟾蜍加上淡黃和金黃的皮膚並進行對照分組後, 研究人員將這兩組蟾蜍機器人RoboToads“放歸”哥斯達黎加的森林中。

這些身形俊俏的“外來客”成功騙過了蟾蜍的眼睛。他們發現，雌性蟾蜍更傾向於選擇顏色更鮮豔的金黃色 RoboToad 進行配對。

事實上，通過3D列印製造高仿真的動物模型來研究野外環境下動物的特定行為正在成為一種新興並且高效的研究方法。因為傳統的黏土工藝無法制造出高仿真的模型，同時也很難精確控制人們想要研究的變量，如顏色，體形等。而3D列印技術則很好地解決了這一問題。

圖丨混入自然界的3D列印蟾蜍機器人RoboToad

加拿大Carleton大學的生物學家Grégory Bulté就是這種新技術的受益者。

Bulté博士研究的是地理圖龜，其成年雌性龜的身長可以達到雄性龜的兩倍。而雌性龜的體型大小和吸引異性的能力是否相關，則是他一直想要解決的問題。

由於地理圖龜是水生動物，它們的交配一般在水底進行，這使得直接觀測變得特別的困難。利用3D列印技術，Bulté的團隊製造了兩種除體型大小不同外完全一樣的雌性龜模型，並裝上了攝影頭來監測雄性龜對這兩種體型的“同類“的交配傾向。

研究人員發現，雄性龜更傾向於同體型更大的雌性龜進行交配。這驗證了Bulté博士十幾年來無法被證實的推測。他對這種新研究方法表示非常的認可。

他認為，使用活體動物來進行這種研究會受很多不可控因素的影響，例如動物之間潛在的感情聯繫會影響研究人員對研究對象的選擇及結果的判斷。3D列印技術幾乎是一個“完美的解決方案”。相比過去人們需要請藝術家和標本製作師手工製作每一個單獨的模型，3D列印技術可以相對廉價地製造多個相同的實驗模型。

圖丨雄性地理圖龜傾向於和體型更大的雌性龜（3D列印模型）進行交配

此外，3D列印技術還可以讓科學家們製造出更加精細的模型。

來自伊利諾伊大學香檳分校的鳥類學家Mark Hauber通過3D列印技術製得的鳥蛋來研究孵育寄生現象。孵育寄生是自然界中鳥類將蛋產在其它鳥類的鳥巢中並讓它們幫助哺育自己後代的現象。過去，研究者們都用石膏和木頭作為生產鳥蛋模型的原料。但通過3D列印技術，Hauber的團隊創造出了更佳逼真的鳥蛋，通過精確控制鳥蛋模型的大小，他們研究了相差幾毫米的不同鳥蛋是否會讓宿主鳥識別並將其扔出巢穴。

3D列印技術製造動物模型的另一大好處就是，研究者能夠進行可重複的實驗。Hauber教授將其實驗室設計的鳥蛋模型在網絡上免費共享，使得別的研究人員方便使用他們的方法和重複他們的實驗。

雖然3D列印技術非常有用，但是使用其進行生物行為學研究的實驗室仍然很少。來自Temple大學的生態學家Jocelyn Behm認為，這可能是因為生物學家對這項看似高科技的技術感到遙不可及。

為了幫助其它研究者，她在bioRxiv上預發了一篇文章總結了近年來使用這項技術進行生物學研究的成果。她表示：“在接觸3D列印之前，我一直覺得這是一項非常難的技術，但隨後當我真的開始使用的時候我發現它並沒有想象中的複雜。”Bulté博士也表示：“運用這項技術的關鍵在於尋求合作者。如果人們不互相交流，他們可能會認為這是一項很難運用的技術，但實際情況並不是這樣。”