身為電腦專家，艾倫‧圖靈（Alan Turing）對密碼破譯和人工智慧領域的貢獻毋庸置疑。但誰也沒想到，他在職業生涯晚期對生物學方面的「跨界」研究，會對如今的淨水技術產生革命性的影響。
最近，浙江大學的張林教授團隊在《科學》雜誌發表了一項最新研究成果。他們發現，透過運用「圖靈結構」製造的納濾淨水膜，可快速將海水的鹽分和水分離，速率是以往數倍。
這個「圖靈結構」，源於圖靈在職業生涯後期對生物學和數學領域的研究成果。
剛完成「圖靈測試」的他，開始對生物學領域產生巨大的興趣。他發現，自然界多種多樣的圖案及形態──動物的紋理、植物的形狀等，都有誕生和形成的奧祕，這也許可透過數學模型來「解密」。
著名的費氏數列（簡單來說，就是從 0 和 1 開始，之後的係數都等於前兩者之和）就在生物學界有廣泛應用。植物的花瓣數、葉片枝幹的排列、昆蟲的繁殖規律等，似乎都以某種黃金比例存在，展現出規律的數學之美。
▲ 費氏數列的「黃金螺旋」。（Source：Imgur）
受到費氏數列的啟發，圖靈也開始透過建立數學模型進一步研究生物形態變化。
他的理論框架中，引發形態變化有兩種不同的反應物（細胞）：其中一種稱為「觸發因子」（Activator），可促進反應發生；另一種稱為「抑制因子」，跟字面意思一樣會對反應產生抑制作用。
當這兩種反應物相遇，會出現兩種現象：
- 反應後均勻擴散，整個系統平衡，不會產生圖案。
- 反應後擴散不均衡，系統開始形成具週期性特徵的複雜圖案。
這個理論圖靈稱為「反應─擴散方程式」，記錄在他 1952 年發表名為《形態發生的化學基礎》的論文。而這種「反應─擴散」機制下形成的具規律性的生物圖形，也稱為「圖靈結構」。
（Source：Science）
乍一看，這個理論與海水淡化技術沒什麼直接關聯，不過浙江大學團隊一次偶然的突發奇想，決定測試一下這種模型在製作納濾淨水膜時的應用效果。
他們先試驗了哌嗪（Piperazine）和三甲酰氯（Trimesoyl）這兩種反應物，但兩者的反應擴散效果差異不大，無法形成「圖靈結構」。
後來，他們又在哌嗪加入聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol）。這次，哌嗪的反應擴散速度放緩，與三甲酰氯拉開差距，成功觸發「反應─擴散方程式」，在基底形成具三維「圖靈結構」的濾水膜。
（Source：Science）
在濾水膜表面，「圖靈結構」的圖案能隨著反應物的不同比例產生變化；最關鍵的是，因為增加更多可透水的圖形，這種帶有「圖靈結構」的濾水膜的濾水效率更高。
實驗的結果顯示，1 平方公尺的新濾水膜可在 1 小時內處理 125 升以上的水，這意味效率要比傳統濾水膜快 3 倍。
這是自發現「圖靈結構」後，第一次應用於實際生活。研究團隊還指出，如果有效利用，未來在海水淡化、工業用水回收等方面，都可能出現很大的突破。
所以誰說「跨界」就是不務正業呢，要不是有差點搶了生物學家飯碗的圖靈，中國科學家今天也不會這麼容易就突發靈感了。
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