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世界科技全景百卷书: 生物界的其他启示
蛙眼与电子模型 蛙眼是十分敏锐的，对运动物体简直是“明察秋毫”。然而，对静止不动的东西它却“视而不见”，似乎变得“眼大无神”了。但这并不是它的缺陷，而正是蛙眼视觉机能的独到之处，是它适应其特定生活环境所形成的一套特殊本领。正是靠了这双眼睛，青蛙才能准确地捕食和逃避敌害，得以在地球上生存了200万年。 科学工作者们经过深入地研究，发现蛙眼具有四类感觉细胞，即四种“检测器”，它们分别负责辨认、抽取视网膜图像的不同特征。这样，就把一个复杂的图像分解成了几种易于辨认的特征，同时传送到大脑的视中枢——视顶盖。在视顶盖，视神经细胞按自上而下的顺序也分成4层：上层的“反差变化检测器”神经元，抽取图像的暗前缘和后缘；其次是“运动凸边检测器”，检测朝视野中心运动的暗凸边；再下是抽取静止和运动图像边缘的“边缘检测器”；最下层的“变暗检测器”抽取运动图像暗前缘。每一层都产生图像的一种特征，这四层里的特征叠加在一起，经过综合，青蛙便看到了原来的完整图像。 根据蛙眼的视觉原理，借助于电子技术，人们制成了多种“蛙眼电子模型”。其中，最简单的是“昆虫检测器”模型。 蛙眼电子模型还可以像真蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。这种图像识别能力是雷达系统所需要的。雷达工作时，往往受到各种干扰，使显示屏上的影象看不清楚。依据蛙眼分别抽取图像特征的工作原理而改进的雷达系统，能够在显示屏上清晰地从强背景噪声中区分出目标来，因而提高了雷达的抗干扰能力。这种雷达系统也能快速而准确地识别出具有特定形状的飞机、舰船、导弹等，特别是能够根据导弹的飞行特性，将真假导弹区分开来，从而不被作为诱饵的假导弹所迷惑。它还可以有效地把预定要搜索的目标与其他物体分开，特别是把目标与背景分开。 模仿蛙眼的工作原理，人们还制成了另一种“电子蛙眼图像识别机”，它可以成为机场飞行调度员的出色助手。这种装置可以监视飞机的起飞与降落、班机是否按时到达。若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报，防止相撞。现在，国外已投入使用的一种人造卫星“自反差跟踪系统”，就是模仿蛙眼的工作原理制造出来的。 麦秆与自行车 当你每天早晨骑上自行车去上学或上班的时候，你是否想过自行车是什么时候出现的？设计师又是聘请了大自然中的哪位“参谋”，把车架设计成空心管子的？ 那还是在公元1642年，西欧某个城镇的玻璃橱窗上，第一次张贴出一幅自行车的图形，吸引了许许多多的人。 过了大约160多年，世界上第一辆自行车才问世。 1817年，德国人威廉·福克骑了一架很奇怪的二轮车在小镇的郊外滑跑。车架和轮子都是木头的，没有轮胎，没有座垫弹簧，也没有链条和飞轮，它靠两条腿在地上蹬着车子滑行。这就是自行车的老祖宗——快步机。 又过了好多年，人们逐渐地加以改进，使前轮可以活动，并在轴心上安了脚蹬。但前轮与后轮的大小很不相称，前轮直径有一米多，后轮才一尺多，叫人看了感到很别扭。 到了1869年，才出现了类似现在使用的比较理想的自行车。它有铁制的轱轮，橡胶轮胎，转动的部分有了滚珠轴承以及飞轮等。 近年来，许多国家先后制成了许多式样别致的自行车。例如，有的用轻金属制成折叠式的轻便自行车，车重只有几千克，不用时，折叠起来放进旅行袋里。有的还能变速，多的有十个变速档，适合在各种道路上骑行。还有的用塑料制成，既轻便，又不生锈，还消除了金属摩擦而产生的噪音，很受人们的欢迎。 但不管哪种自行车，车架都是用很薄的空心管子做成的。 车架是自行车的骨骼，因此要求有足够的强度。人们从大自然中的麦秆那里受到了启发。 你看，一根细长的小麦秆，能够支持住比它重几倍的麦穗，奥妙就在于它是空心管子。 原来，任何一块材料遇到外力发生变形的时候，总是一边受到挤压力，另一边受到拉伸力，而材料中心线附近长度基本不变。这就是说，离开中心线越远，材料受力越大。空心管子的材料几乎都集中在离中心线很远的边壁上，因此，它比一根同样重的实心棍子的刚度要大得多。 麦秆和自行车之间的关系说明了这样一个事实：人们只要虚心向生物界求教，肯定会大有收益。 蛋壳与石拱桥 鸡蛋的蛋壳，我们几乎天天都能见到，似乎没有什么大的用处。然而，以建筑为职业的人，可把它视为至宝。因为它给建筑师以很大启不，为现代化建筑做出过不小的贡献。 让我们先做一个小小的实验：取两只蛋壳，一只凸面向上，一只凹面向上，用两支削得不太尖的铅笔，从10厘米高处向蛋壳落去。可以看到，铅笔与凸面向上的蛋壳撞击了一下，蛋壳并未被击碎，而凹面向上的蛋壳却被击破了。这说明蛋壳凸面向上的可以承受的力比凹面向上的可以承受的力大得多。 我们的祖先很早就发现了蛋壳的奥秘，并据此设计了凸面向上的石拱桥。 可别小看一座石拱桥，那里面还有相当大的学问呢！ 你看，一座石拱桥，当它受到向下的压力时，也同时受到两侧相邻石块的侧压力作用。由于石块的抗压强度很大，所以这个力能达到很大值。若石桥凹面向上，那么，当它受到向下的压力时，邻近的石块则产生拉力，由于石块的抗拉强度很低，所以凹面向上的石桥只能承受很小的力。这与蛋壳凸面向上不易击破，凹面向上不堪一击是同一个道理。 近几年来，建筑师又在蛋壳的启示下，设计了现代化的大型薄壳结构的建筑物。这种建筑物既坚固，又节省材料。我国北京火车站大厅房顶就是采用这种薄壳结构。屋顶那么薄，跨度那么大，整个大厅显得格外宽敞明亮，舒适美观。 人脑与智慧机器人 素称人体司令部的大脑，是世界上最复杂、最奥妙、最完善的“自动控制机”。 机器、设备可以代替人的体力劳动，拖拉机可以代替农民耕地，起重机可以代替工人进行装卸……人们当然也会提出：是否可以用一种“智慧”的机器来代替人脑工作呢？ 今天，由于近代数理逻辑、控制论、无线电电子学、生物学的飞跃发展，利用机器来代替人的脑力劳动这一远大理想，已逐渐变成现实。 要模拟人脑创造出具有一定思考能力的电子计算机，首先就得模仿神经元创造出电子计算机的“基本元件”。目前，有些国家的科学工作者都在致力于这个课题的研究，并且也取得了一定的进展。他们已经制成了一些神经细胞的模型，其中最简单的一种是用半导体三极管装配起来的。也有由复杂集成电路组成的元件，它们具有活细胞的某些能力，能显示出活细胞的某些特性，例如对有关外界刺激的适应性等。 有了人造“神经元”之后，第二步就得深入研究神经细胞之间的微妙联系，探索神经网状结构的综合本领，以及认识、记忆、推理、判断等种种意识活动的细节。不难想象研究活的大脑内部发出的种种物理、化学、生物学过程，直到能用科学来精确地表达它们是多么困难！但是，这项研究工作也取得了一定的进展。 现在，用于生产控制的电子计算机，能够接收、研究和判断外界生产条件，作出适宜的选择后发出信号，控制生产在最好的条件下进行。 电子计算机是现代科学技术的奇迹之一。 电子计算机和以前所有的机器都不同：一般的机器，不论威力多么大，不论多么精巧，从本质上来说，仅能代替体力劳动，而电子计算机却能在一定程度上代替人脑进行非创造性的脑力劳动。 目前，不仅有精通快速运算的会解答各种数学问题的电子计算机，而且也出现了具有初步判断、比较、记忆和“思考”能力的各种电子计算机。所以，有时人们又管它们叫做“电脑”。 动物味觉的启示 如果你感冒，鼻子不通，吃起东西来就不会觉得有滋味。舌苔很厚，饮食也不会觉得有味。高明的厨师烹调一定讲究色香味齐全。通过视觉、嗅觉和味觉的综合作用促使胃口大开，远比单一感觉的效果要好。事实上味觉和嗅觉是如此的相似，以致一些低等动物对化学物质的感觉很难分清嗅与味的界线。嗅觉和味觉都是化学性感觉，都是化学分子与感觉器官相接触产生电信号，传给大脑形成感觉。所不同的是你可以离李子较远而闻到李子的香味，但是，你要知道李子的味道就非得亲口去尝一尝。 人和哺乳动物的味觉感受器主要是分布在舌背面的味蕾。舌背面有许多细小的突起，叫乳突。可分为3种：轮廓乳突，分布在舌根部，约有8～12个，排列成倒八字形；菌状乳头，分布在舌尖和舌的边缘部，这两种乳突里面，味蕾很多。丝状乳突没有味蕾。此外，还有一种叶状乳突，普通哺乳动物都有，但人类则已退化掉，这种乳突也含味蕾。乳突中散布有神经纤维。味蕾在口腔粘膜的其他部位也有分布。味蕾呈球状，由2～12个纺锤状的味细胞和支柱细胞构成，味细胞上有刚毛突出在味蕾上方的味孔处。味觉有探测溶解在水中的物质的能力。一种特定的食物味道取决于它对几种味蕾的联合效应。人有四种基本味觉，即酸、甜、苦、咸，加上辣合称五味。一般舌尖主要感觉甜味，舌的边缘感觉酸味，舌根主要感觉苦味，咸味则整条舌都能感觉。人舌非但能尝出何种味道，而且还能尝出这种味的浓淡，一直到现在，国际上名酒等饮食评比，都还是以人的品尝为主。人的味蕾约有1万多个。动物中兔子约有1.7万个，牛有2.5万个左右，鸟舌中味蕾较少，一般只有20～60个。但是鸽子能尝出一粒谷中富含蛋白质的部分和富含淀粉的部分。 并不是所有的动物都有舌，也不是所有的味感觉器都分布在口中。原生动物和海绵用整个身体去尝味。苍蝇的口器上有一片海绵状小板，叫唇瓣，苍蝇用它不断地到处伸探。科学家把唇瓣上一根细毛放入糠液中，并使它接上微电极，可立即在电流计中看到反应，说明苍蝇感到味道，正在作出反应。苍蝇的前足上也有感觉毛，它们也可用足来品尝食物，苍蝇前足对糖的敏感度比口器强5倍。蝴蝶的足上也有味感觉毛。有些鱼类的触须具有味觉。圆头鲶能觉察到头前较远处向自己游来的猎物，如果破坏它的嗅神经，它仍然保持这种能力。但是，如果破坏它的味神经，这种能力立即消失。淡水鱼的味蕾多数分布在鳃腔内，当水流经鳃腔，同时也经过味蕾，产生味觉。有些鱼类数千个味蕾散布于全身，以此探测整个水域。鲇鱼几乎盲目，它靠味觉来获取食物，而靠嗅觉来维持其群体生活。 在蜥蜴和一些蛇类的鼻腔下面，具有一对由口腔背壁向腭部内凹的弯曲小管，叫锄鼻器或贾科勃森氏器。管内有许多与鼻腔中的细胞相似的感觉细胞，并且通过嗅神经的大量分支与脑联系，并有眼腺分泌物润滑，就像唾液腺分泌湿润口腔一样。由于毒蛇的唾液腺已演化成毒腺。因此，眼腺可能是替代唾液腺分泌，起湿润毒蛇口腔的作用。只要空气中所含的少量化学分子通过锄鼻器，就能分辨这些分子是什么物质，可见它有辅助嗅觉的作用。但是，锄鼻器的末端是一盲端，没有导向体外的开孔，只有开口于口腔的孔，蛇不断地用它那分叉的舌头伸出口外，探测空气中的气味，当舌摄取到空气中的化学分子后，便迅速将舌回缩入口，到锄鼻器中，产生味觉。刚出生的小蛇虽然从未吃过任何东西，但是，对浸在水中小动物的皮肤，也会吐出舌头，作出进攻的反应。因此，很难分清锄鼻器究竟是嗅觉器官抑或是味觉器官，这也说明很多动物的嗅觉和味觉往往是混杂在一起的，因为，它们都靠化学分析的方法起作用。鲨鱼对血腥特别敏感，海水中只要有一些新鲜血液，就会引来鲨鱼，这究竟是由于血腥的气味，还是血腥的味道在起作用，确实不易说清，不过有一点是可以肯定的，就是嗅觉和味觉综合作用要比单独作用的效能大得多。 人们研究动物的味觉器官和嗅觉器官对研制理想的气体分析仪器是有益的。人们研究和模拟苍蝇的这些感觉器官而制成小巧而灵敏的气体分析仪，已被应用于宇宙飞船的座舱中，用来监测气体；也应用于分析气体的电子计算机上，对气体进行精密的分析；还用来监测潜水艇和矿井等逸出的气体，以便及时发出警报。 动物“热感受器”的启示 夏天的夜晚，甲乙两人同睡在一间房内，灯刚关掉，讨厌的蚊虫就嗡嗡地在人耳边侵扰，一只蚊虫刚停落在甲的脸颊上，甲觉得被叮了一下，立即用手打去，将蚊虫打死。甲高兴地喊道：“哈！我打死了一只雌蚊虫。”乙听罢，不能理解，认为房间内是黑暗的，伸手不见五指，又怎能看清蚊虫的雌雄，甲说打死一只雌蚊虫，纯粹是胡乱瞎猜，便嘲笑甲道：“老兄的眼睛真行，竟然能在黑暗中看清蚊虫的雌雄！”事实上，甲打死的确实是只雌蚊虫，不过甲不是用眼去看清，而是用他掌握的知识去作出的正确判断，因为只有雌蚊虫才吸血，而雄蚊虫只是吸吮植物的汁液。在黑暗中甲是看不见蚊虫的，他所以能发觉有蚊虫，首先是蚊虫发出的嗡嗡声，然后是脸上被蚊虫叮咬的感觉。蚊虫在黑暗中同样也看不见甲，然而蚊虫又是怎样发觉甲的呢？不是甲发出的声音，也不是甲的气味，更不是蚊虫瞎碰乱撞，而是蚊虫对甲身上发出的热的感应。 人和所有温血动物一样，体温都是相对恒定的。也就是说机体所产生的热和散发的热基本相等，由于温血动物产热率相对稳定，因此有皮肤、汗腺和肺等散热调节与产热恒定相适应，从而使体温保持在相对恒定的、稍高于环境温度的水平，这是由于机体在冷环境温度下散热容易，在低于环境温度下生活，会引起“过热”而致死。人体散热主要是皮肤的辐射热和汗腺的蒸发热，其次是肺通过呼吸散发部分热。温血动物的辐射热其实是一种红外线，亦称红外光，在电磁波谱中，波长介于红光和微波间的电磁辐射，它是一种肉眼看不见的光，但是有显著的热效应，人们用特殊的灯照射物体，用滤镜挡住所有肉眼可见的光，只让红外线透出，通过红外线望远镜，如军用窥探望远镜和瞄准望远镜等才可看见。但是，在自然界，有不少动物具有能接收红外线信息的结构。雌蚊虫的红外线探测器是它的触角，呈环毛状。雌蚊虫觅食时，不断地转动一对触角，当两条触角接收到的辐射热相同时，就知道可被吮血的温血动物就在正前方，雌蚊虫就朝目标飞去。根据离热源愈近，所接收到辐射热愈多的原理，就能准确地测知辐射热源的方位。蛇类中有一些蛇，如产于美洲、尾端有角质环、摆动时能作响声的响尾蛇，广布于我国的蝮蛇，吻鼻部向上翘起的五步蛇，美丽的竹叶青蛇和头似烙铁的烙铁头等，在眼睛与鼻孔之间有一凹窝叫颊窝，就具有极灵敏的红外线感受作用。将一条蒙住双眼的响尾蛇放在两只灯泡的下面，灯泡不亮时，响尾蛇毫无反应，显得很安静，当开亮其中一只灯泡时，响尾蛇立即昂首张口朝着它，显得异常兴奋，而对那只不亮的灯泡不予理睬。将颊窝神经暴露出来，插上微电极，将颊窝神经细胞的电变化引导出来，显示在示波器上，然后给颊窝加以化学、声音和机械等多种刺激，在示波器上没有显示出脉冲变化。但是，当用手或热的物体去靠近它时，示波器上立即显示出强烈的脉冲变化，表明它处于兴奋状态。颊窝能感受到千分之一度的温度升高，并在35毫秒内作出反应，而且具有极高的抗干扰能力和分辨能力，并能在环境温度下起作用。颊窝被一层薄膜分隔成内外两个小腔。内腔以小孔开口于皮肤，使内腔与环境的温度一致，并可调节内外腔间的压力。颊窝上密布有三叉神经未梢质体，为红外感受单位，包含有许多线粒体。颊窝膜表面每平方毫米约有1000个红外感受单位。外腔方向指向前方，当热量到达颊窝时，窝内的空气膨胀，颊窝膜两侧温度就不同，神经末梢便兴奋，刺激神经细胞，产生脉冲传给脑中枢，信息加工后，脑中枢便发出攻击猎物的命令。在电子显微镜下，可以见到神经末梢受刺激后，线粒体的形态发生改变，线粒体可能构成初级红外感受器。目前对颊窝的灵敏度已能测检，但对其机制还不完全了解。有颊窝的蛇靠它的颊窝感觉在黑夜中猎食，颊窝接受来自前方的辐射热，左右两个颊窝的感觉场是重叠的，并且有一定的感觉距离。通常蛇体盘起时比游动中感觉距离要远一些，只要感觉到有比环境温度稍差异的物体都会引起蛇的注意。蟒蛇的红外感受器在头的正面和唇边，叫唇窝。深海乌贼的红外感受器在尾部的下表面，叫热视眼。此外，鸡虱、臭虫、蚂蚁等动物都有感受红外辐射的能力。 人们已经制造出灵敏的量热、温度计和红外探测装置等。例如响尾蛇导弹，是一种空对空导弹，就是将红外探测器配备在歼击机的弹头上，它可以追踪敌机发动机散发热和喷出废气时所发出的红外线而准确地击中敌机。以红外、电子等技术为依据的公共安全技术产品是目前世界上发展最快的新兴产业之一。中国科学院上海技术物理研究所已研制出红外入侵探测器系列产品。可安装在室内、户外或屋顶、门窗、走廊等处，它们具有24个感应现场，相当于24只眼睛全方位探测，可起监视防盗作用。但是，人类目前制造成功的测温仪器，从普通的人体温度计到复杂的红外探测仪，同已知的一些动物对温度变化的感觉相比，无论从灵敏度或感热器官的结构的轻巧上都是显得不足的。你不会不知道一支普通的医疗体温计有多大，也不会不知道一只叮人的蚊虫有多大，可以想象得出长在蚊虫头上的触角又是多么细小。两者一比较，就不难看出雌蚊虫的热感应器是多么精致，而仪器小型化正是宇宙航天科学研究所追求的。按现代的科学水平，人类还制造不出像雌蚊虫热感器那样大小的测温仪。 动物“生物钟”的启示 在印度班加罗尔城，有一只猴子和一条狗经常按时定点在一起相会。每天上午9时30分，猴子就先来到路旁的树荫下等着了，接着，一条狗也摇着尾巴跑来。于是，猴子就骑上狗背，一起上街游逛。这一对奇怪的伙伴，吸引着人们跟着围观。说来有趣，它们天天聚会，老时间，老地方，从不失约，也不迟到，好像它们都懂得看钟表似的。 这件有趣而古怪的事儿是怎么一回事呢？科学家认为，这一对伙伴的协调行为，是由于它们身上有一种“生物钟”在指导着各自的行动。 “生物钟”长在哪儿？科学家经过多次实验，在蟑螂的咽下找到一种神经节。它的侧面和腹面有一群神经分泌细胞，分泌激素，指示蟑螂的活动和休息。哺乳动物的生物钟结构就更复杂了。科学家认为，在延髓和下丘脑里的神经细胞是“钟”的主体，而身体其他部分的组织细胞中，也有独立运转的“子钟”，它们同时在摆动和变化中。 人们在探索生物钟的秘密中，发现各种生物的习性和生活功能，都受着自然节律的支配。大西洋的沙蚕，每年常常群集在百慕大附近海面，时间都是在满月后3天，日落后54分，不早也不迟，招潮蟹能根据阳光来改变颜色，又能按照月亮升落，随潮汐涨退来支配觅食或休息的时间。最近的研究还表明，“生物钟”对光线固然有重要关连，同黑夜却有着更紧密的联系。生物在长期的生活过程中，生理上不断调节，逐渐形成了昼夜和季节性的节律。猴子和狗的准时约会，就是它们身上的“生物钟”相适应的结果。 在实验中，人们还发现，用人造的昼夜来改变“生物钟”的摆，会产生意想不到的效果。人工缩短黑夜时间，能使母鸡多产蛋三四成，鹅鸭产蛋量多2～3倍；使牛羊发情期延长，交配的次数和繁殖的数量增多，牛奶的产量也提高了。而人工缩短白天时间，能使鸡长肥，猪长膘，使羊和狼狐等长毛快。 科学家正在试图利用“生物钟”的作用来控制有害昆虫的生存。如调拨蚊子的生物钟，使他们在缺乏食物和温度不适宜的季节里成熟，从而不能生存。用杀虫剂喷洒苍蝇，下午喷洒，死亡率最高，这正是它们一天最活跃的时间。 动物“化学通信”的启示 地球上的动物，如果在其个体之间不能交流寻找食物、逃避敌害和选择配偶等重要信息，它们就不能生存。因此，每种动物都有一套通信联系的独特办法。动物通信使用的“语言”是多种多样的。有些动物使用的是一种“气味语言”。它们发出的有味化学物质，可以用来标明地点、鉴别同类与敌人、引诱异性、寻找配偶、发出警报或者集合群体。我们称这种利用化学物质传递信息的方式为“化学通信”。 但是，负责这项工作的，却不都是鼻子。比如，昆虫是用头上的触角来分辨气味，而海洋哺乳动物鲸都是靠舌头来感知气味的。 前苏联科学家用臭虫做实验。臭虫稍一受压，即散发出臭哄哄的“芳香”质，剂量不大，但足以使周围的“同胞”不再爬向它所在的地方。如果压得重一点，发出的“芳香”质浓度便增大，表示：“我要死啦！”这时附近的臭虫“弟兄们”就屏息静伏，庆幸自己没有落难。 前苏联科学家分离出一种耗子芳香质，表明“老鼠先生到此一游”，涂在鼠夹鼠笼上，前来送死的老鼠大增。后来又分离出另一种芳香质，表明“鼠君游此，心旷神怡”，这下子连警惕性最高的老耗子也顿释疑窦，欢欢喜喜地落入圈套。 昆虫用来吸引异性的“性引诱素”是最有效的传信素，这是保证昆虫延续后代的重要手段之一。借助于性引诱素，雄舞毒蛾能被半公里外的雌蛾所吸引，雄蚕蛾则可找到两公里半以外的雌蛾。而天蚕蛾、枯叶蛾的雄蛾，则能被四公里以外的雌蛾引诱去进行交配。 性引诱素是一种极其微量的化学物质。一只雌舞毒蛾仅能分泌0.1微克性引诱素，但这已足够诱来100万只雄蛾。30个性引诱素分子便能促使一只雄美洲蟑螂产生性兴奋。一只关在笼子里的雌松树锯蝇，其气味能招引约 1亿只雄锯绳。由此可见，雄虫的性引诱素接收器是极其灵敏的。雄虫的接收器就是触角上的嗅觉感受器。就作用距离、精确性和反应敏捷性等方面来说，昆虫触角要比目前的机载雷达的性能好。可以设想，昆虫触角的结构特征和功能原理将为新型的航空雷达提供设计原理。 经过多年的研究，人们终于搞清了家蚕蛾、舞毒蛾、棉铃虫等昆虫性引诱素的结构，并人工合成了多种“人造性引诱素”。这就给人类提供了一种新型捕杀害虫的有效方法。只要把一种民虫的人造性引诱素置于涂有虫胶的捕虫器中，这种昆虫的雄虫便会兴冲冲地飞来自投罗网。还可采用一种“扰乱法”来消灭害虫，使雄虫无法辨别单个雌虫放出的性引诱素。雄虫找不到雌虫交配，害虫也就断子绝孙了。 人体肌肉的启示 科学家们一直对人的肌肉运动进行研究。他们发现，人的肌肉是最简单的生物机械装置。 人的肌肉占了人体重量的40％。活的肌肉，是一台没有齿轮、活塞和杠杆的神奇“发动机”。它具有惊人的动力，能提起它自身重许多倍的重物。任何现代机器都要由“动力设备”（内燃机、电动机等）和“工作机械”两部分组成。然而在活肌肉里，这两者却是合为一体的。人造机器结构复杂，高速运转，磨损和维修是个大问题，因此是“短命”的机器。而活肌肉则是 “自我维修”的机器，因而是“长命”的。 科学家们最感兴趣的是肌肉在把化学能转变成机械能时只需一步：在神经信号的刺激下，肌肉收缩变短变粗，直接把食物的能量转变为机械动力，牵引肌腱而使人运动。这里，肌肉是把食物的化学能直接变成了机械能，效率高达80％，而人造机器则必须先把燃料的化学能量变成热或电，然后再转换为机械能，产生运动。显然，能量的转换每增加一个步骤，就必定要损失掉一部分，从而降低了机械的效率。涡轮机是一种高效率的热机，但它的效率只有40％。 人们模仿活肌肉的这种优异特性，用聚丙烯酸等聚合物，制成了“人工肌肉”。把它放在不同的介质（碱、酸等）之中，便会有效地收缩或者松弛。这种可以直接把化学能转变成机械能的机器，我们把它叫做 “机械—化学机”。如再配合以一定的机械装置，它就能提起重物，或者实现机件的往返运动。 活肌肉是一种新型的机器。人们模仿肌肉的工作原理，用包在纤维编织成的套筒里的橡胶管，或用含有纵向排列的纤维 （钢丝、尼龙丝等）的橡胶管，制成了“类肌肉装置”。它可以带动残废者的假肢，也能开动其他机器。此外，目前人们还制成了一种“肌飞器”——扑翼机，并且模仿人的膝关节和肌肉系统制成了“液压运动模型”，它使“机器人”像真人那样行走。 人体的大多数肌肉都是以“颉颃肌”的形式成对地排列的。就是说，一束肌肉生长在牵引肢体向上运动的位置，而另一束肌肉则生长在牵引肢体向下运动的位置。例如，在身体前侧向下拉的那些肌肉阻止身体后仰，而后面向下拉的那些肌肉则阻止身体前倾，这种成对排列的肌肉组成了保持人体直立的颉颃肌。 研究表明，生物界的这种用两个产生拉力的“单向力装置”组成的双向运动机械系统，远比工程技术上惯用的用一个推拉“双向力装置”组成的系统优越得多。只要在成对的颉颃肌上施加不同的张力，就能使人和动物体的骨架 （机械杠杆）在任何位置保持稳定。颉颃肌的杠杆，能够承受从最轻到最重的各种压力。对颉颃肌的模拟，可以圆满解决各种“机器人”、“步行机”等的行走机构的设计。人们研制了一种“步行机”，它有强有力的手臂和两条长腿，能越野行走、搬运重物。这种“步行机”腿长3.6米，能走斜坡、转弯、横向跨步，能跨越障碍，步行速度可达56公里/小时。操作人员做一定的动物，“步行机”就跟着做近似的动作。 根据肌肉和关节活动原理，科学家们最近研制出了一种用于森林和农田除草的“机器昆虫”。它有6条腿，每条都有压缩空气驱动，可以跨越1.80米高的障碍物。它还可以分辨出树木和杂草。 随着科技的发展和科学家们的精心研究，必定会有更多的意想不到的奇异的机器出现，它们将使我们的世界更加丰富多彩。 虾壳蟹壳的启示 虾、蟹类肉质细腻，味道鲜美无比，是一种低脂肪、高蛋白、营养价值极高的著名水产。我国阳澄湖出产的金毛青壳大闸蟹和青岛出产的大明是更是誉满全球的佳肴。在日常生活中，一般人只知道吃它们的肉，而对它们的体壳往往是弃之不要的。其实它们的壳，如果加以利用，其价值并不在它们的肉之下。 虾、蟹类身披坚硬的甲壳，所以在分类上属于甲壳纲，甲壳对它们来说，显然是起着保护作用。甲壳类在发育过程中有蜕皮现象，经过蜕皮它们的身体才能长大。有经验的家庭主妇，买蟹时总要捏一下蟹脚，如果是软的，就说明这只蟹蜕皮不久，肉尚未长实。甲壳类在成熟以后，一般还能继续蜕皮，这一点同昆虫一到成熟后就不再蜕皮的情形不一样。它们的甲壳中含有一种重要成分，叫做“甲壳质”，亦称“甲壳素”或“壳糖”，是一种含氮多糖类物质，即多聚乙酰氨基葡萄糖。科学家将虾、蟹的甲壳磨成粉末为原料，用稀酸和稀碱等处理，就可得到甲壳素，是一种白色、半透明、无固定形状的固体，它不溶于水，也不溶于稀酸和稀碱以及有机溶剂，但是可以溶于浓盐酸，用酸完全水解，生成甲壳胺，即2—氨基葡萄糖。 甲壳质用途非常广泛，早在第二次世界大战期间，英国飞机制造工程师就用甲壳质为基本原料，加配其他化合物研制成一种粘合力极强的胶液，用来粘合飞机机壳，并获得成功。用这种工艺粘合的机翼，即使部分受损，也不影响飞行。人们在拼合材料时，所采用的方法有多种，如衣服要用针线缝合，钢材等用焊接，或用铆钉、螺丝钉等接合。但是，在各种方法中，胶合方法最为简易和方便，而且，相对说来，技术性要求也没有其他方法高，方法容易掌握。比如一件衣服，高明的裁缝缝制出来的针眼细，线脚不露，平整贴身，美观大方，因此有“天衣无缝”的比喻。而胶合只须涂上胶水，将设计好的贴料粘到被粘物上，粘牢就解决了。一艘远航轮航行在海上，突然船舱什么地方出现了小裂缝或漏洞，如果用高性能的粘合剂，只要将钢板粘合在裂缝或漏洞处就行了，既省时又省力，较其他方法简单得多。 甲壳素在医疗外科手术上的应用，已取得可喜的成就，外科手术，一般需要用手术缝合线缝合伤口，这又是个技术问题，技术好的医生缝得平整，技术差的缝线不是拉得过紧就是过松。伤口愈合后，通常还要拆线，科学家用“壳糖”研制成一种“人造皮肤”，这是一种透气性能良好，又能吸水的薄膜。外科医生可以按烧伤或烫伤病者的创口大小，剪下一块薄膜贴在伤口上，它不同于“打补钉”，不用缝合，而是利用创口中的溶菌酶逐渐地把薄膜分解，最后使伤口愈合，不留斑痕。美国和日本的一些制药厂用甲壳素制成甲壳质绷带和胶布。眼科医生还用甲壳制成无形眼镜片，这种镜片不用机械磨制，而是将甲壳质溶解，倒在各种规格的模型内成形。 人们还用甲壳素制成味道鲜美的调味品、酒石酸和人工种子的种皮等。甲壳质还可被拉成纤维。 在自然界，很多动物都能分泌粘性非常强的粘液。雌虾产卵后，即行受精，将受精卵粘附在雌虾的腹肢之间，抱卵的雌虾到处游荡，腹肢不断地扇动，以此保证卵能经常接触到新鲜水流，然而附着的卵从不掉落下来。甲壳纲中有一种叫藤壶的小动物，它们的背壳形成外套，常构成石灰质的硬壳，包住了全身。它们的幼体在水中过一段自由生活后，便分泌一种粘液，把自身粘附在一些物体上，固着下来发育成成体。大量的藤壶常固着在船底，这给船业带来很大麻烦，因为这样会大大地减低船的航行速度。有人做过统计，一艘近2000吨的船在不到半年的时间内，由于大批的藤壶附着在船底，时速减低了2海浬。据说在日俄战争中，沙俄从波罗的海调来增援的舰队在对马海峡与日本海军激战，结果被日军击溃，其中一个原因是波罗的海舰队军舰的舰底长满了藤壶之类的固着物，使舰速比不上日舰。因此，世界造船业都在研究如何克服藤壶固着问题。另一方面，人们对藤壶粘液的化学成分进行分析，发现是由多种氨基酸和氨基糖组成的。科学家人工合成藤壶粘液，制成一种耐温性能极高的粘合剂，从0～205℃的范围内都可用来焊接。 甲壳纲动物已知有2.5万种，昆虫体外的几丁质硬壳也含甲壳质，据估计，在自然界每年生成的甲壳至少有100亿吨，在天然聚合物中占第二位，仅次于纤维素，这份天然宝藏是值得人们去研究和开发利用的。 动物助人破案 警犬勇擒毒枭 泰国警官霍亚达驯养了一只警犬丽丝。这丽丝不但颇通人性、凶猛异常，而且对毒品特别敏感。鸦片、吗啡、海洛因，无论数量多少，无论藏得多隐秘，都逃不过丽丝的鼻子。一次，霍亚达接到一项抓捕毒枭泰文龙的任务。据可靠情报，泰文龙将在码头交易毒品，于是霍亚达带着警犬丽丝来到码头，借着掩体向泰文龙一伙靠拢。狡猾的泰文龙似乎意识到有危险，立即中止交易，并吩咐手下携货向四面八方分开逃窜。霍亚达见状迅疾向泰文龙追去，早已按捺不住的丽丝也一跃而出，旋风般扑向泰文龙。狡诈的泰文龙忙向大街逃去。霍亚达和丽丝追到一家电影院门前时，秦文龙忽然不见了。霍亚达揣测泰文龙肯定在里面。可是进电影院，他傻了眼，数千观众正在看电影，这人山人海中如何抓住姓泰的？霍亚达正一筹莫展之时，丽丝悄悄地钻入坐椅下面匍伏前进。不一会儿从人群传来丽丝的咆哮声和一个男人哀嚎声。霍亚达连忙分开人群冲过去，只见丽丝正和泰文龙搏斗哩，他忙过去给泰文龙戴上了手铐。“丽丝是如何在人海里准确无误抓到泰文龙的呢？”一些同事好奇地问霍亚达。霍警官笑笑说：“毒枭泰文龙身上那股淡淡的海洛因味是逃不过丽丝的鼻子的。” 猴子确认真凶 印度新德里的一条大街上有个耍猴人，叫比西西。他那只叫吉米的猴子聪明乖巧，能表现十分滑稽的动作，常把观众逗得捧腹大笑，最后都纷纷慷慨解囊，因此比西西一天的收入相当可观。望着比西西那胀鼓鼓的钱袋，一个叫哈利的小偷早红了眼，他躲在远处，见比西西收摊后就悄悄跟上了。然而比西西并不知道遇上了麻烦，他像往常一样挑着道具、牵着吉米进饮食店饱餐一顿，随后打一壶酒，向自己的落脚处——一座大桥桥墩下走去。这桥墩下可遮风避雨，最主要的还是这里清静无人打扰。 此对已近黄昏，比西西把吉米用铁链锁在石柱上，自己靠在道具箱上喝着酒，不一会儿就烂醉如泥昏睡过去。暗处的哈利见时机已到，就悄悄摸了过去。机灵的吉米似乎意识到这人不怀好意，立即一边“吱吱”叫个不停，一边猛劲挣扎着，无奈铁链牢牢地锁着它。当哈利的贼手快摸到钱袋时，比西西被吉米的叫声惊醒过来，想爬起来却感到手脚发软。哈利惊慌之下抓起一块石头朝比西西的头部猛击数下，然后抢下钱袋逃之夭夭。当警方发现时，比西西已身亡多时，警方只得将吉米暂时带回警局喂养。数月后，一警员抓获一行窃者，在警局录口供时，正和众警员逗乐的猴子吉米一见此贼立即显得狂怒异常，挣脱绳索猛扑在那人身上乱抓乱咬。众警员大疑之下，审讯该犯，原来那人正是杀害耍猴人比西西的哈利。 鸽子绝处报案 一只极普通的信鸽，帮主人报案，从而救了主人一家4口人的性命，并因此使警方抓获了罪恶累累的杀人犯奥特托。 事情发生在一个周末的夜晚，住在美国洛杉矶郊外的艾利达和家人正在看电视，门铃突然响个不停，艾利达刚打开门，一支黑洞洞的枪口抵在他的脑门上，接着一个身材高大的男子走了进来。这男子是刚从看守所逃出来的人犯，他叫比利，曾杀过4个警察和3个市民，这些情况是艾利达和家人被比利捆绑起来以后才从电视新闻中知道的。残忍的比利像猫逮到老鼠，要先耍个够才一口吃掉猎物。他一会儿在艾利达妻子的腿上开一枪，一会儿在他儿子肩上开一枪，然后才进厨房找吃的去了。冷静下来的艾利达急速思考对付比利的办法：打电话报警，不行，电话线被比利割断了；呼救也不行，这儿是郊外，周围并无住户。突然他看见窗台上的鸽子笼，一家4口的性命全系在它的身上了！艾利达小心地挪到窗台前，找到纸条和笔，写了自己家的电话号码和“快救救我全家的性命吧！”几个歪歪扭扭的字，然后吃力地打开鸽笼，绑好纸条就将它放飞了。说来也巧，这鸽子飞出来后径往住在城区的艾利达家最近的警察局报了警。警方及时赶到，救了艾利达一家，并抓获了比利。事后，艾利达感慨地对罗伯特说：“要不是我俩经常玩信鸽传书的游戏，只怕你再也看不到我一家了。” 老鼠“供出”罪犯 美国圣地亚哥私立大学的英籍教授菲亚特在自己住室的隔壁有一间私人实验室，他经常把自己关在里面日以继夜地工作。有一天早上，菲亚特的妻子玛莉像往日一样去实验室叫丈夫吃早点，可叫了半天并无应答。惊慌失措的玛莉急忙报了警。警方闻讯迅速赶到，砸开门后发现菲亚特教授已死于非命，据验尸官说是死于煤气中毒。 负责该案侦破工作的是42岁的格普勒警长，他有多年的侦破经验，多少疑案在他面前都变得那么简单。然而这煤气中毒案却让他伤透了脑筋。这个实验室是封闭型的，格普勒仔细检查过，却找不到任何输入煤气的通道。那么，煤气是通过什么途径灌入房间的呢？格普勒一趟趟地在实验室里徘徊，苦苦思索着。这时，一声“吱吱吱”的怪叫声吸引住了格普勒，他循声望去，只见在不起眼的墙根边，有一只极小的老鼠。如此封闭严密的屋子哪里来的老鼠？格普勒疑惑地跑过去抓老鼠，老鼠机灵地一下钻进一堆废纸里不见了。格普勒扒开废纸，一个小鼠洞呈现在眼前。他立即命人四处捉来几只小鼠，在它们背上涂上颜料，从这洞口放了进去。然后他命警员在教授家周围几户邻居家中守候，只要见到背上有颜料的老鼠马上扣留那户的主人。过了一会儿，有颜料的老鼠在邻居罗曼家中发现。果不出所料，经审讯，罗曼交代了杀害教授的全部经过。原米，教授的妻子玛莉和罗曼早有私通，为了能长久交欢，罗曼遂起谋杀教授之心。一天，罗曼偶然发现家里的老鼠洞竟直通实验室，于是他将厨房内的煤气管拉至洞口，对准里面猛灌。他自以为做得神不知鬼不觉，却不料一只小小的老鼠将他送上了断头台。 动物自疗之谜 1988年1～2月份，在甲型肝炎大肆侵虐上海的时候，一群飞鸟竟鬼使神差地把上海植物园草药园的中草药——大青叶一啄而尽，而平时这些鸟儿对略含苦味的大青叶从不问津这是不是鸟儿治疗“甲肝”的行为呢？ 有人曾看见这样一件趣事：一条蝮蛇的头部被另一条蛇咬伤。起初出了一点血，不一会头部就肿了起来，连嘴都肿得合不拢。于是，它就拼命喝水，2小时后，头部的肿胀就渐渐地消失了。人们在抢救毒蛇咬伤的病人时，不是也常常这样给患者大量输液，以便加快排出毒液吗？ 有些被打伤的猫、狗，爱用舌头舔抚自己的伤口，时隔数天，本来血肉模糊的伤口，经它们不断地舔抚，竟会不药而愈。 动物学家还发现：生长在热带丛林中的猿猴，如果感到自己有点不舒服，周身打冷战，就会去咀嚼金鸡纳树的树皮，病很快就痊愈了。獾发现自己的孩子得了皮肤病后，就带它们到温泉中去洗澡。猩猩的牙齿发炎疼痛不止时，就会用爪挖一些烂泥糊在脸颊上，然后再用两爪紧紧按住。有一种野鸡叫做吐绶鸡，当小鸡被雨淋湿而感冒时，母鸡就强迫小鸡去吃安息香的树叶，吃了这种树叶之后，小鸡的病就渐渐地好转。春天，美洲的黑熊从冬眠中刚醒过来，身体总是不舒服，精神萎靡不振。这时它便去寻找一些具有轻微致泻的果实吃，很快就会恢复健康。 至今，对动物“自疗”现象，还没有一种恰当的解释。 |
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