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世界科技全景百卷书: 飞禽走兽的启示
鸽子与生物磁罗盘 鸽子传书，被人们称为“通讯兵”，在古代战场上为人类传送情报，在生活中为人们传送友谊。我国大型运动会或节庆活动中，放飞千万只鸽子飞向蔚蓝色的天空，表示人们向往和平的意愿，此时人们称它们为“和平鸽”。此外它又是飞行比赛的表演者，一次比赛可飞900千米乃至1000～2000千米，准确无误地返回主人的身旁，令人赞叹不止！ 鸽子凭什么从千里之外返回故乡呢？经研究认为鸽子有一种精确的导航系统。在好天气时，它能根据太阳的位置大致辨别方向。在阴天或用黑布盖住鸽子眼睛时，它仍不迷失方向。但是，如果把一个小磁铁拴在鸽子颈或腿上，减少了地磁场的作用，或使其飞返途中经过强大无线电台或雷达站附近，使地磁场受干挠，这时鸽子就晕头转向地不能飞回鸽舍了。从这些实验中可看出，鸽子有一种特殊的导航系统，即灵敏地获取地球磁场的感应器官，它能根据太阳、地面标志（建筑物、地形、树木等），特别是凭自己磁场的感应器官，识别方向、位置，准确回到故乡。 人类为了研究鸽子这种磁感应器，曾进行了许多实验。如德国一个生化研究所，在供试验的细胞上面放上一种能导电的盐溶液，用以测量细胞表面电荷。如果同时在电场之下加一个磁场，测量结果就更正确。于是，细胞会跟着磁场上下移动，盐溶液也会跟着流动。这时，侧方用的容器里会从磁场引出电流来，电流对磁场的反应极其灵敏。 通过这个实验，人们可以预测，上述系统可能就是磁感应器官的模型，也就是一种初步的生物磁罗盘。这种磁罗盘由一定数量的、平行排列的神经细胞和可以诱导磁场电流的电压接收器官所组成。 人们观察到地磁场对动植物生长发育都有积极作用，用它可治疗疾病，目前医务科技人员用“磁疗法”制作的磁疗环、康乐磁等许多医疗设备，都是磁场对生物具体作用的应用。 地震前动物异常反应与生物地震预报仪 地震是自然界一大灾害，时间短危害大，是水、火、风、虫灾等所不及的。全世界每年有大大小小地震500万次，严重的危胁着人民生命财产的安全。 我国处于太平洋西岸的亚洲大陆，是个多地震的国家，在抗震救灾中积累了丰富的宝贵经验，观察到近60种动物在震前有异常反应，并编了许多谚语，现举云南一例： 震前动物有前兆，人民战争要打好。 牛羊骡马不进圈，老鼠搬家往外逃。 鸡飞上树猪拱圈，鸭不下水狗狂咬。 麻蛇冬眠早出洞，鸽子惊飞不回巢。 兔子竖耳蹦又撞，鱼儿惊惶水面跳。 家家户户都观察，综合异常作预报。 笔者曾于 1966～1970年参加了中科院动物所与生物物理所的地震组工作，在河北省邢台观察到一些动物的震前异常行为，如1968年7月25日河北省宁晋县小留村4.8级地震前几种动物表现的异常行为，3个动物观察点的猫、鸽、泥鳅、黄鳝在震前一天之内，都出现行为异常。同时，基线和形变电阻率的异常同步出现，都在峰值时发震。由此看来，震前动物异常行为不是孤立出现的，而是与其他某些因素伴随出现的。 动物在长期进化过程中，有许多比人还要灵敏的奇特本领，如对地磁、地电、地光、地声、地温等感觉比人还灵敏，所以在地震（尤其是较大地震）前有这样或那样的异常行为反应，并逃离地震灾难的险境，这是可以理解的。但是，动物的这些异常行为反应大多不是地震前所特有的，有时在与地震无关的作用因素（如生活环境的改变、疾病等）的影响下，也产生类似现象，这样给观察震前异常行为带来了许多误解。因此，我们在观察震前动物异常行为时，要排除一些无关因素的影响，找出一些真实现象，才能做好用动物预报地震。 动物在地震前的异常行为，给人们许多启示，现正研究一些动物在地震前为什么有那么多的反应机制，相信不久的将来比现有地震工作中所使用的各种测量仪器还要灵敏的生物地震预报仪一定会问世。 狗的启示 在动物界中，狗鼻子确实是最灵敏的，它能闻出上千种物质的气味。军犬凭嗅觉能识别路途，判断敌情，机灵地闻出敌人的足迹，跟踪追击。猎犬闻到野兽气味时，会屏住呼吸停下来，用鼻子判断野兽所在的地方，协助猎人捕获。苏联有种狼狗，能帮助人找到泥土里的矿石。瑞典科学家训练和使用探矿狗，成功地找到地下十多米深处的黄铜矿。 狗鼻子为什么这样灵敏呢？原来，狗的鼻腔粘膜上面长有许多嗅觉细胞，比如一种牧羊犬的鼻粘膜上竟有2.2亿个嗅觉细胞，在鼻腔里占的面积达150平方厘米，而人的嗅觉细胞只有500万个，因此狗的嗅觉比人灵敏得多。狗鼻腔里的粘膜和鼻子尖端表面的粘膜组织，经常分泌粘液来滋润嗅觉细胞，它才能够把各种气味通过嗅神经传到大脑。否则，狗鼻子就会失灵。 奇怪的是，在地震以前，狗也会无意识地帮助主人脱险。1976年夏天，唐山地震以前，在唐山、丰南、香河等地至少发生了十几起这类事：狗向天狂吠乱叫，不听主人指挥；嗅地扒坑，嗅地不抬头；叼走狗崽，挠门撞窗等等。有个社员家的一只狼狗，当晚狂吠不止，影响主人睡觉，主人把狗打跑，刚睡下，狗又来乱吠。他再起床打狗，边追边打，刚出大门，地震发生了。 为什么在地震前，狗会出现行为异常呢？德国和意大利的科学家作出了新的解释：地震前，空气中会产生一种带电粒子，狗的嗅觉很灵敏，容易觉察这种变化。在地下的化学元素也会发生变化，产生一种“地气味”，狗闻到这种特殊气味以后，也会产生行为的异常反应。其他动物，比如鱼、蛇、鼠、家禽等等也能够产生一些异常行为。人们就可以利用这种现象作为震前的预报手段，以便采取必要的措施。 北极熊的启示 也许有人认为北极熊是白色的，但稍有动物知识的人都会解释：那不过是一种天然的保护色罢了。然而，实际上的情况如何呢？美国的马尔利姆·亨利说：“不是！” 亨利指出，用来拍摄野生动物的红外照相机不适用于北极熊。这种动物不能被摄在红外胶卷上，因为它们的体温好像周围极地的冰雪一样冷冰冰的。至于在紫外照相中，白色的北极熊却显得比背景的白雪的颜色要深得多。尽管白色的北极熊的毛皮反光能力很强，可是，却不知道是什么缘故，它的白色竟然吸收了照在身上绝大部分的太阳紫外线。 亨利着手研究北极熊这一奇妙的现象。他通过扫描电子显微镜，分析北极熊的白毛，竟惊奇地发现，北极熊的毛不是白色的，而是一根根中空而透明的小管。人类肉眼所看到的“白色”，是因为毛的内表面粗糙不平，以致把光线折射得非常凌乱而形成的。 亨利认为，北极熊的毛都是一根根的小光导管，只有紫外线才能通过，这就是熊捕集温度的“工具”。这就给人类提出了一个问题：人类是不是可以从北极熊的“白毛”悟出一些道理，造出同样的御寒衣物，或是更高极的太阳能收集器呢？ 尽管许多问题还没弄清楚，比如说，一般认为紫外线不是热线，怎么能起到增温的作用呢？但是亨利认为北极熊毛的结构很值得继续研究，应根据这种结构试制一种既有保护色作用，又有导光吸热作用的极地人员服装。有人还试图把这种光导管安装在太阳能收集器内，提高集热的效率。 冬眠激素 在严寒的冬季，无数的动物在地下、树洞和岩洞里酣睡。动物为什么能冬眠？近年来，美国科学家道厄终于揭开了这个秘密。原来，在这些动物的血液里存在着一种能够诱发动物冬眠的物质——冬眠激素。 在盛夏，如果把冬眠激素针剂注入黄鼠和蝙蝠身上，这些动物就会有规律地长时间沉睡。后来又在不冬眠的猴子身上作试验，发现猴子竟然也出现了典型的冬眠状态，脉搏跳动减少50％，体温也降低了。当冬眠激素的作用减弱后，猴子又逐渐恢复了正常。道厄的这项新发现，成了80年代初期引人注目的科学成就。 冬眠激素可以用来治疗人的某些疾病。动物在冬眠期间，消耗的只是体内蓄积的脂肪，而丝毫不消耗肌肉组织。如果肥胖症患者注射了这种激素，只要在被窝里睡一个时期，就可以达到治疗的目的了。冬眠激素可以用来降低手术病人的体温，既有利于治疗，又对肌体毫无影响，因为病人在冬眠状态中新陈代谢很慢。冬眠动物对病菌有免疫力，能抗得住强辐射，特别是患有癌症的动物在冬眠时，肿块长得极慢。这样，人们就可以利用冬眠激素来配合治疗癌症，这就是癌症病人的一大福音。 地球与一些星球距离遥远，如果乘宇宙飞船到那些星球上去，时间是漫长的，那么人的寿命就远远不能适应需要。由于冬眠激素的发现，就使人进行长距离的宇航成为可能。 狗与“电子警犬” 狗的嗅觉比人灵敏100倍，根据气味，狗几乎可以找到任何要找的东西。经过训练的警犬更加给人以启示。模拟警犬的嗅觉，人们制成了一种电子仪器——“电子警犬”，已经在化工厂用作检测过氯乙烯毒气，测定浓度达到千万分之一。 该仪器的工作原理，是基于不同物质对紫外线的选择性吸收，当气味物质从紫外灯与检测器之间通过时，一部分紫外线被吸收，这样便可测定物质的性质和浓度。这种“电子警犬”可以检测染料、漆、树脂、酸、氨、苯、瓦斯以及新鲜的苹果和香蕉的气味，其灵敏度已经达到狗鼻子的水平。另一种在某些方面比狗鼻子灵敏1000倍的“电子警犬”，也已用于侦缉工作。 动物远程导航的启示 候鸟南来北往，沿着一定的路线飞行。科学家用雷达观察，发现在夜里飞行的候鸟比在白天飞行的多得多。这真奇怪，难道夜里比白天更容易识别方向吗？人们因而想到，也许有的候鸟是靠星星来认路的。 为了证明这种猜想，科学家对北极的白喉莺进行了实验。这种鸟每年秋天从巴尔干半岛向东南飞，越过地中海，到达非洲，再沿着尼罗河向南飞，到这条河的上游去过冬。它主要在夜间飞行。 科学家把白喉莺装在笼子里，带进了天象馆里，那里有人造的星空。当天象馆的圆顶上映现出北极秋季夜空的时候，站在笼子里的白喉莺便把头转向东南，就是在秋季飞行的那个方向。然后，人造星空根据白喉莺飞行的方向逐渐改变位置，白喉莺随着星象的变化，使自己始终朝着它所要飞行的方向，仿佛正在作一番长途的秋季旅行。 这个实验证明，白喉莺能根据它看到的天空里的星星来辨别自己的航向。 人们还发现，在大海中回游的生物也有这种本领。 鱼类和海龟迁徙的准确性也不逊色。一种鳗鱼从内河游入波罗的海、横过北海和大西洋，而后便准确地到达百慕大和巴哈马群岛附近产卵。生活在巴西沿海的绿色海龟，每年3月便成群结队地游向2200公里之外的产卵地——大西洋中长仅几公里的阿森甸岛，在岛上产卵后，6月间又游回巴西沿海。 动物远程导航的奇异本领，以及它们精巧的天然导航仪，长时间以来一直吸引着许多研究工作者。人们逐渐弄清楚，许多鸟类和其他动物体内都有精确计算时间的“生物时钟”，可以根据时间确定太阳或星星的方位，因而能够利用太阳或星星作为定向标；而另外一些种类的动物则可利用海流、海水化学成分、地磁场、重力场等进行导航。 人类早就知道在航行中利用星星来辨别方向了。然而利用眼睛识别星星的本领，比起那些动物来差多了。 现在人们设计了一种由光敏元件，电子计算机和操纵机构组成的导航仪。光敏元件就像“眼睛”，它能够一直瞄准星星，当星光偏离预定航线时， “眼睛”就会向“电子计算机”这个大脑报告，“大脑”马上就能计算出应当校正的误差，命令操纵机构自动调整航向。 鸟与飞机 约在公元1800年，气体动力学创始人之一的英国科学家凯利，曾深入地研究过飞行动物的形态，寻找最具流线型的结构。他模仿鸟翼设计了一种机翼曲线，与现代飞机机翼截面曲线几乎完全相同。法国生理学家马雷曾写过一本研究鸟类飞行的《动物的机器》的书，介绍了鸟的体重与翅膀负荷（即单位翅膀面积所负的重量）的知识。后来，俄国科学家茹可夫斯基在研究鸟类飞行的基础上，提出了航空动力学的理论，正是通过对鸟类的一系列的研究，终于找到了人类上天的关键所在。在人们模仿鸟类翅膀，采用大功率轻便发动机带动螺旋桨之后，美国莱特兄弟终于在1903年发明了飞机，实现了人类梦寐以求的飞上天空的愿望。 现代航空技术飞速发展，先进的飞机时速可达3700公里，但飞机的飞行本领有许多方面不及飞鸟。有一种“军舰鸟”，它的翅膀骨骼仅有100克重，而两翅展开却有2米多长，因此，它飞行时消耗的能量和动力非常少。比“军舰鸟”更节省“燃料”的是一种叫作金色鹬的小鸟，它从加拿大越海连续飞到南美洲，行程3900公里，而体重只减轻60克。现代航空技术若能赶上这种效率，那么一架轻型飞机飞行30公里，只需耗用0.5升汽油，仅相当于目前用量的1/9。 在西印度洋群岛上的蜂鸟，身长不过5厘米左右。就是这种小鸟，竟会做现有的任何飞机都做不到的各种机动灵活的飞行：向上高飞升至2000米的高空接着垂直下降，陡然起飞，掉头飞行，向后退着飞以及悬停空中等。如果一旦把它的飞行奥秘破译出来，对改善飞机性能将有宝贵的借鉴作用。 鸟类的飞行，还有其他许多优异特性是现代化飞机所不具备的。可以乐观地预测，继续深入地研究鸟的飞行并从中得到有益的启示，一定可以进一步改进现有飞机的性能，给未来新型飞机的设计增添异彩。 鸟与电子眼 科学家在研究中发现，许多鸟类都有高度敏锐的视觉，对运动物体简直是“明察秋毫”。如鸽子，它能在人眼视力所不及的距离上发现飞翔的老鹰。科学家根据鸽眼机能原理制成的“鸽眼电子模型”，将可改进图像识别系统的性能。利用鸽眼发现定向运动物体的性质而改进的雷达系统，可设置在机场边缘和国境线上，它只能发现飞进来的敌方飞机和导弹，对飞出去的则不起反应。这样，便提高了发现目标的选择性和准确度。电子鸽眼还可用在计算机系统中，可自动消去与解题无关的那些数据。 鹰眼的敏锐度在鸟类中名列前茅，它比人眼敏锐1～2倍，而且视野非常开阔。展翅翱翔于两3千米高空的雄鹰，一下子便能发现地面上的小兔子和老鼠；而在高空飞行的飞行员用肉眼是很难发现和识别地面目标的。科学家正根据鹰眼的构造原理，研制类似鹰眼的搜索观测系统，即电子鹰眼。这项技术不仅能使飞行员的视野和视敏度得以扩大，还将会提高地质勘探、海洋救生、遥感探测等方面的工作效率，同时也可用来控制远程激光制导武器的发射。如果能制出具有“鹰眼系统”的导弹，它就能像鹰一样自动寻找和识别目标，并自动跟踪目标直至攻击成功。 鸟与天文罗盘 许多鸟类以及一些昆虫，具有利用天空偏振光来导航的本领，即使飞行几千公里，仍能准确无误地到达目的地或回巢。原来，这些鸟类感觉细胞的感光部分，使它们能够感觉天空偏振光的偏振面，因而也就可以定方向了。人们由此得到启示，制成了用于航空和航海的“偏振光天文罗盘”。这种偏振光罗盘的优越之处在于，即使乌云遮日，或者在太阳处于地平线以下时，仍然可以利用天空偏振光定向。在不能使用磁罗盘的高纬度的地区，就更显出这种偏振光罗盘的好处。 科学技术的发展是没有止境的。鸟类的特殊本领正在为科学家所不断认识、模仿、借鉴，从而造福于人类。 鸟与戈 大家对电视或电影中的古战争场面比较熟悉吧！万马奔腾，狼烟滚滚，士兵们高举戈矛，奋声呐喊，跟随主将冲突。 戈是古代战争中一种非常重要的武器，也是最早的进攻性武器。可是，你大概不会想到，戈是我们聪明的祖先受到鸟嘴和兽角的启发制造出来的。 啄木鸟尖尖的长嘴巴是那样的锋利，可以啄穿树木，秃鹰铁钩子一样的嘴巴可以致敌人于死地，犀牛的独角让兽中之王感到害怕，斗鸡在战斗中将对手啄得鲜血淋漓，鸟嘴和兽角保护了它们自身，是它们生存的必不可少的工具。 在石器时代，我们的祖先过着群居生活，靠打猎为生。刚开始的时候，他们围住野兽，用石块和木棒攻击野兽。但是，如果遇到巨大和凶猛的野兽，石块和木棒往往不能制服它们。祖先们发现，禽兽们常用嘴、角进行攻击和防御，因而受到启发，开始将兽角绑在木棒上，制成兵器，这就是戈的雏形。后来，他们又用石头做成禽兽嘴或角的样子来制造戈。原始的戈虽然很粗糙，使用也不方便，但却体现了兵器制造较为先进的仿生工艺，是中国古代人的一大贡献。 |
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