植物,動(dòng)物的仿生學(xué)例子

1、植物, 動(dòng)物的仿生學(xué)例子植物，動(dòng)物的仿生學(xué)例子蒼蠅與宇宙飛船 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(lái)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(jué)特別靈敏，遠(yuǎn)在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅并沒(méi)有“鼻子”，它 靠什么來(lái)充當(dāng)嗅覺(jué)的呢 ? 原來(lái)，蒼蠅的“鼻子”嗅覺(jué)感受器分布在頭部的一對(duì) 觸角上。每個(gè)“鼻子”只有一個(gè)“鼻孔”與外界相通，內(nèi)含上百個(gè)嗅覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞。若有 氣味進(jìn)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

2、觸角像是一臺(tái)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(jué)器的結(jié)構(gòu)和功能，仿制成一種十分奇特 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(jué)神經(jīng)上，將引導(dǎo)出來(lái)的神經(jīng)電信號(hào)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(hào)，便能發(fā)出警報(bào)。這種儀器已經(jīng)被安 裝在宇宙飛船的座艙里，用來(lái)檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分。這種小型氣體分析儀，也可測(cè)量潛水艇和礦井里的有害氣體。利用這種原理， 還可用來(lái)改進(jìn)計(jì)算機(jī)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(chóng)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

3、成可見(jiàn)光，其余大部分都以熱能的形式浪費(fèi)掉了，而且電燈的熱射線有害 于人眼。那么，有沒(méi)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(chóng)、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng) 物、昆蟲(chóng)和魚(yú)類等，而且這些動(dòng)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(dòng)物中，螢火蟲(chóng)是其中的一類。螢火蟲(chóng)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(chóng)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(qiáng)度也比 較高。因此，生物光是一種人類理想的光?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲(chóng)的發(fā)光器位于腹部。這個(gè)發(fā)光器由發(fā)

4、光層、透明層和 反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個(gè)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(chóng)的發(fā)光，實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過(guò)程。早在 40 年代，人們根據(jù)對(duì)螢火蟲(chóng)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(lái)，科學(xué)家先是從螢火蟲(chóng)的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后 來(lái)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(méi)有電源，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因而可以在生物光源的照明下，做清 除磁性水

5、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(yú)與伏特電池自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚(yú)類就有 500 余種 。人們將這些能 放電的魚(yú)，統(tǒng)稱為“電魚(yú)”。各種電魚(yú)放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力最強(qiáng)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(shuō)它能擊斃像馬那樣的大動(dòng)物。電魚(yú)放電的奧秘究竟在哪里 ?經(jīng)過(guò)對(duì)電魚(yú)的解剖研究， 終于發(fā)現(xiàn)在電魚(yú)體內(nèi)有 一種奇

6、特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器是由許多叫電板或電盤(pán)的半透明的盤(pán)形細(xì)胞構(gòu)成 的。由于電魚(yú)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(wàn)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(wàn)塊電板。單個(gè)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(yú)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(yú)發(fā)電器官為模型，設(shè)計(jì)出世界上最早的伏打電池。因?yàn)檫@種電池是根據(jù) 電魚(yú)的天然發(fā)電器設(shè)計(jì)的 , 所以把它叫做“人造電

7、器官”。對(duì)電魚(yú)的研究，還給人 們這樣的啟示 : 如果能成功地模仿電魚(yú)的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動(dòng)力 問(wèn)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。”生物的行為與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(yú)和水母成批地游向大海，就預(yù)示著風(fēng)暴即將 來(lái)臨。水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動(dòng)物，早在 5 億年前, 它就漂浮在海洋里 了。這種低等動(dòng)物有預(yù)測(cè)風(fēng)暴的本能，每當(dāng)風(fēng)暴來(lái)臨前，它就游向大海避難去了。原來(lái)，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(lái)臨的前奏曲。這種次聲波人耳無(wú)法聽(tīng)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(zhǎng)著一個(gè)細(xì)柄，柄上有個(gè)小球，球內(nèi)有 塊小小的聽(tīng)石，當(dāng)風(fēng)暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽(tīng)石時(shí)，聽(tīng)石就刺激球壁上的神 經(jīng)感受器，于是水母就聽(tīng)到了正在來(lái)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(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)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