人類有哪些生物"老師"

【專家解說】：蒼蠅，蜻蜓，鯨，水母，電魚，螢火蟲，螞蟻，蜜蜂，雞蛋。 蒼蠅與宇宙飛船 令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業(yè)似乎風(fēng)馬牛不相及，但仿生學(xué)卻把它們緊密地聯(lián)系起來了。 蒼蠅是聲名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅并沒有“鼻子”，它靠什么來充當(dāng)嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的“鼻子”——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。 每個“鼻子”只有一個“鼻孔”與外界相通，內(nèi)含上百個嗅覺神經(jīng)細(xì)胞。若有氣味進入“鼻孔”，這些神經(jīng)立即把氣味刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)電脈沖，送往大腦。大腦根據(jù)不同氣味物質(zhì)所產(chǎn)生的神經(jīng)電脈沖的不同，就可區(qū)別出不同氣味的物質(zhì)。因此，蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。 仿生學(xué)家由此得到啟發(fā)，根據(jù)蒼蠅嗅覺器的結(jié)構(gòu)和功能，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的“探頭”不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細(xì)的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經(jīng)上，將引導(dǎo)出來的神經(jīng)電信號經(jīng)電子線路放大后，送給分析器；分析器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)氣味物質(zhì)的信號，便能發(fā)出警報。這種儀器已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內(nèi)氣體的成分。 這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進計算機的輸入裝置和有關(guān)氣體色層分析儀的結(jié)構(gòu)原理中。 從螢火蟲到人工冷光 自從人類發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見光，其余大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。 在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱為“冷光”。 在眾多的發(fā)光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率，而且發(fā)出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。 科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的發(fā)光器位于腹部。這個發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光，實質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過程。 早在40年代，人們根據(jù)對螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來，科學(xué)家先是從螢火蟲的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒有電源，不會產(chǎn)生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 現(xiàn)在，人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。 電魚與伏特電池 自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚類就有500余種 。人們將這些能放電的魚，統(tǒng)稱為“電魚”。 各種電魚放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據(jù)說它能擊斃像馬那樣的大動物。 電魚放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過對電魚的解剖研究， 終于發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚的種類不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。 電魚這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據(jù)電魚的天然發(fā)電器設(shè)計的,所以把它叫做“人造電器官”。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。 水母的順風(fēng)耳 “燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴?！鄙锏男袨榕c天氣的變化有一定關(guān)系。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海，就預(yù)示著風(fēng)暴即將來臨。 水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預(yù)測風(fēng)暴的本能，每當(dāng)風(fēng)暴來臨前，它就游向大海避難去了。 原來，在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風(fēng)暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵的共振腔里長著一個細(xì)柄，柄上有個小球，球內(nèi)有塊小小的聽石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經(jīng)感受器，于是水母就聽到了正在來臨的風(fēng)暴的隆隆聲。 仿生學(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當(dāng)接受到風(fēng)暴的次聲波時，可令旋轉(zhuǎn)360°的喇叭自行停止旋轉(zhuǎn),它所指的方向，就是風(fēng)暴前進的方向；指示器上的讀數(shù)即可告知風(fēng)暴的強度。這種預(yù)測儀能提前15小時對風(fēng)暴作出預(yù)報，對航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。 蝴蝶 五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翊在陽光下時而金黃，時而翠綠，有時還由紫變藍(lán)?？茖W(xué)家通過對蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來了極大的稗益。在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機摧毀其軍事目標(biāo)和其他防御設(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲學(xué)家施萬維奇根據(jù)當(dāng)時人們對偽裝缺乏認(rèn)識的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費盡心機，但列寧格勒的軍事基地仍然無恙，為贏得最后的勝利奠定了堅實的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。 人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時溫差可高達(dá)兩、三百度，嚴(yán)重影響許多儀器的正常工作?？茖W(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動位置安裝有對溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。 甲蟲 甲蟲自衛(wèi)時，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷惑、刺激和驚嚇敵害。科學(xué)家將其解剖后發(fā)現(xiàn)甲蟲體內(nèi)有3個小室，分別儲有二元酚溶液、雙氧水和生物酶。二元酚和雙氧水流到第三小室與生物酶混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，瞬間就成為100℃的毒液，并迅速射出。這種原理目前已應(yīng)用于軍事技術(shù)中。二戰(zhàn)期間，德國納粹為了戰(zhàn)爭的需要，據(jù)此機理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發(fā)動機，安裝在飛航式導(dǎo)彈上，使之飛行速度加快，安全穩(wěn)定，命中率提高，英國倫敦在受其轟炸時損失慘重。美國軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發(fā)研制出了先進的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學(xué)物質(zhì)分裝在兩個隔開的容器中，炮彈發(fā)射后隔膜破裂，兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內(nèi)混合并發(fā)生反應(yīng)，在到達(dá)目標(biāo)的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產(chǎn)、儲存、運輸，安全且不易失效。螢火蟲可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能，且轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。人們模仿螢火蟲的發(fā)光原理制成的冷光源可將發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。另外，根據(jù)甲蟲的視動反應(yīng)機制研制成功的空對地速度計已成功地應(yīng)用于航空事業(yè)中。 蜻蜓 蜻蜓通過翅膀振動可產(chǎn)生不同于周圍大氣的局部不穩(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側(cè)飛行，其向前飛行速度可達(dá)72公里/小時。此外，蜻蜓的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停地拍打。科學(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機。飛機在高速飛行時，常會引起劇烈振動，甚至有時會折斷機翼而引起飛機失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時安然無恙，于是人們效仿蜻蜓在飛機的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動這個令人棘手的問題。 為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動力學(xué)以及其飛行的效率，一個四葉驅(qū)動，用遠(yuǎn)程水平儀控制的機動機翼（翅膀）模型被研制，并第一次在風(fēng)洞內(nèi)測試了各項飛行參數(shù)。 第二個模型試圖安裝一個以更快頻率飛行的翅膀，達(dá)到每秒18次震動的速度。有特色的是，這個模型采用了可變可調(diào)節(jié)前后兩對機翼之間相差的裝置。 研究的中心和長遠(yuǎn)目標(biāo)，是要研究使用“翅膀”驅(qū)動的飛機表現(xiàn)，以及與傳統(tǒng)的螺旋推動器驅(qū)動的飛機效率的比較等等。 蒼蠅 家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術(shù)，這使得它很難被人類抓住。即使在它的后面也很難接近它。它設(shè)想到了每一種情況，非常小心，并能快速移動。那么，它是怎么做到的呢？ 昆蟲學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，蒼蠅的后翅退化成一對平衡棒。當(dāng)它飛行時，平衡棒以一定的頻率進行機械振動，可以調(diào)節(jié)翅膀的運動方向，是保持蒼蠅身體平衡導(dǎo)航儀?？茖W(xué)家據(jù)此原理研制成一代新型導(dǎo)航儀——振動陀螺儀，大在改進了飛機的飛行性能，可使飛機自動停止危險的滾翻飛行，在機體強烈傾斜時還能自動恢復(fù)平衡，即使是飛機在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時也萬無一失。蒼蠅的復(fù)眼包含4000個可獨立成像的單眼，能看清幾乎360度范圍內(nèi)的物體。在蠅眼的啟示下，人們制成了由1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機，在軍事、醫(yī)學(xué)、航空、航天上被廣泛應(yīng)用。蒼蠅的嗅覺特別靈敏并能對數(shù)十種氣味進行快速分析且可立即作出反應(yīng)?？茖W(xué)家根據(jù)蒼蠅嗅覺器官的結(jié)構(gòu)，把各種化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電脈沖的方式，制成了十分靈敏的小型氣體分析儀，目前已廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場所來檢測氣體成分，使科研、生產(chǎn)的安全系數(shù)更為準(zhǔn)確、可靠。 蜂類 蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學(xué)家精確計算出來的——菱形鈍角109○28’，銳角70○32’完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。蜜蜂復(fù)眼的每個單眼中相鄰地排列著對偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太陽準(zhǔn)確定位。科學(xué)家據(jù)此原理研制成功了偏振光導(dǎo)航儀，被廣泛用于航海事業(yè)中。 其它 跳馬蚤的跳躍本領(lǐng)十分高強，航空專家對此進行大最研究，英國一飛機制造公司從其垂直起跳的方式受到啟發(fā)，成功制造出了一種幾乎能垂直起落的鷂式飛機?，F(xiàn)代電視技術(shù)根據(jù)昆蟲單復(fù)眼的構(gòu)造特點，造出了大屏幕彩電，又可將一臺臺小彩電熒光屏組成一個大畫面，且可在同一屏幕上任意位置框出某幾個特定的小畫面，既可播映相同的畫面，又可播映不同的畫面?？茖W(xué)家根據(jù)昆蟲復(fù)眼的結(jié)構(gòu)特點研制成功的多孔徑光學(xué)系統(tǒng)裝置，更易于搜索到目標(biāo)，已在國外一些重要武器系統(tǒng)中應(yīng)用。根據(jù)某些水生昆蟲的組成復(fù)眼的單眼之間相互抑制的原理，制成的側(cè)抑制電子模型，用于各類攝影系統(tǒng)，拍出的照片可增強圖像邊緣反差和突出輪廓，還可用來提高雷達(dá)的顯示靈敏度，也可用于文字和圖片識別系統(tǒng)的預(yù)處理工作。美國利用昆蟲復(fù)眼加工信息及定向?qū)Ш皆?，研制了具有很大實用價值的仿昆蟲復(fù)眼的末制導(dǎo)導(dǎo)引頭的工程模型。日本利用昆蟲形態(tài)及特性開發(fā)研制了六足機器人等工學(xué)機器和建筑物的新構(gòu)造方式。 昆蟲在億萬年的進化過程中，隨著環(huán)境的變遷而逐漸進化，都在不同程度地發(fā)展著各自的生存本領(lǐng)。隨著社會的發(fā)展，人們對昆蟲的各種生命活動掌握得越來越多，越來越意識到昆蟲對人類的重要性，再加上信息技術(shù)特別是計算機新一代生物電子技術(shù)在昆蟲學(xué)上的應(yīng)用，模擬昆蟲的感應(yīng)能力而研制的檢測物質(zhì)種類和濃度的生物傳感器，參照昆蟲神經(jīng)結(jié)構(gòu)開發(fā)的能夠模仿大腦活動的計算機等等一系列的生物技術(shù)工程，將會由科學(xué)家的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，并進入各個領(lǐng)域，昆蟲將會為人類做出更大的貢獻。