神奇的海洋仿生学
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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 神奇的海洋仿生学 作者：丁建玲 佚名 来源：《百科探秘·海底世界》2012年第11期 广阔无垠的大海孕育了丰富多彩的海洋生物，它们早在人类诞生之前就生活在那里。漫长的进化过程赋予了它们五花八门、各不相同的求生本领，其独特的习性和功能也极大地启示着人们深入探索它们的奥秘，从而在许多方面改变和正在改变着人类的文明生活。 海洋仿生学是海洋生物学与技术工程科学之间的边缘学科，是20世纪60年代才兴起的一门极其重要的学科。它通过研究某些生物的构造原理和机能，在工程技术上加以模仿，进而得到应用。 实际上，早在远古时代，人们就已懂得模仿生物了。舟船、舵和桨，就是古人依照鱼的形状以及鱼尾、鱼鳍发明出来的；就连人们的游泳技术也是向海洋生物学来的，至今人们不是还使用“蛙泳”、“豚泳”吗？当然这还只是简单的模仿学，算不上是仿生学的研究。只有今天，在科学技术高度发展的时代，我们才有可能真正掌握生物的“秘方”，进而变为发展新科技的“良策”。 生物的奇功与人类的仿生 剑鱼与超音速飞机 人人都知道，剑鱼有着标准的流线型身体，它头上长着长而尖的上颌，如同一柄锋利的宝剑，能冲破水流的阻力，使其快速游泳，而强壮的尾巴则提供了强大的推动力。受剑鱼长长的颌剑的启发，科学家们在飞机的前方安装了一根长“针”，这根长针冲破了飞行中产生的“音障”，于是，超音速飞机诞生了。 水母与风景报警仪 大部分水母都具备一套预测风暴的本领。因为在狂风怒吼、海浪咆哮之前，大海中会产生一种次声波，传播速度比风浪快。人的耳朵是听不见次声波的，但是水母体内的特殊感受器却能感觉得到。这时，水母便会迅速远离海岸，以免被风浪卷到岸上。根据水母接收低声波的机制，人们制造出了一种风暴警报仪，能提前15个小时预测出来自某一方向的风暴。 鲎与电视、雷达系统 海底动物中，有一种相貌丑陋的甲壳动物，叫“鲎”。自4亿年前诞生后，至今仍模样不变，被称为活化石。科学家们经研究发现，鲎的血液是蓝色的，富含铜离子，一遇细菌，血液就会凝固。于是，人们将它提取出来，做成“鲎制剂”，用来检测血液中的细菌，为人类的医疗龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 和食品生产带来了很大的方便。另外，鲎的复眼还有一种侧抑制现象，能使物体图像更加清晰。人们将它应用于电视和雷达系统，大大提高了电视成像的清晰度和雷达的显示灵敏度。 鱼与潜艇、鱼雷 你知道鱼儿是怎样在水中上升和下沉的吗？大多数鱼类体内有一种调节身体比重的器官，叫鳔。当鱼排出鱼鳔内的气体时，鱼便下沉；当充入气体时，鱼就浮起。根据这一原理，人们制造了潜水艇，它的人造“鱼鳔”便是舱两侧的水舱。于是，现代化的水下武器出现了。另外，鲨鱼不仅具有近乎完美的流线型体形，它的皮肤上还长着许多齿状的突起。这些突起构成锐利的鳞片，像一把把刀子一样破开水流，减少在水中的阻力，达到快速游泳的目的。而海豚的身体真皮内具有海绵状的突起，突起之间充满流动的液体，所以难以产生阻碍运动的涡流，从而可以快速前进。根据这样的原理，科学家们给水下潜艇及鱼雷穿上了一层类似鲨鱼和海豚结构的衣服，提高了潜艇和鱼雷的速度。 鲸与声响系统 科学家们发现，鲸联络同伴、寻找猎物不是通过眼睛而是通过回声定位法。它从鼻下产生声波，在海中遇到障碍物后再返回耳朵。因而，不论是清澈的深海，还是浑浊的浅海，鲸都可以准确无误地确定位置，获得猎物。科学家们认为，鲸的回声定位法所产生的图像，远比人类医学上最现代化的超声波扫描仪的图像更清晰。受此机理的启示，人类发明了声呐系统，安装在舰艇和潜艇上，在海上作战时广泛使用。 企鹅与极地越野汽车 人类在陆地的交通工具，除了最新式的气垫车和磁悬浮列车以外，其他各种车辆都离不开一个关键部件——轮子。在疏松的雪地和沙漠地带，因为摩擦力太小，车轮只能不停地空转，车辆很难前进。 可是，在终年漫天冰雪的南极，常常可见蹒跚而行的企鹅，它们在紧急情况下却能以30千米/小时的速度在雪地上飞驰。企鹅之所以能快速滑行，是因为它有一套特殊的运动方式：它把肚皮贴在雪地上，并快速蹬动双脚。人们由此得到启示，制成了一种极地越野汽车。它用宽阔的底部贴在雪地上，用转动的轮勺扒雪前进，每小时的速度可达50千米。这种汽车还可以在泥泞地带快速行驶。 电鱼与伏特电池 自然界中有许多生物都能产生电，仅仅鱼类就有500余种，人们将其统称为“电鱼”。电鱼放电的奥秘究竟在哪里？经过对电鱼的解剖研究，发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器官是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。电鱼这种非凡的本领引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出了世界上最早的伏特电池，称之为“人造电器官”。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 未解之谜与未来的仿生之路 以上都是人类经过对海洋动物的研究之后，模仿其生理结构获得的成果。而在海洋动物中，还有许许多多未解之谜等待着我们去探索和利用。 鱼类可以依靠鱼鳃上的微血管摄取溶解在水中的氧气，同时把体内的废气——二氧化碳排出。而人类却只能用肺呼吸空气中的氧气，无法在水中生存。或许有一天，人们发明了人造鳃，能像鱼一样吸取水中的氧气，开启水下生活的新篇章。 我们知道，地球上有大量的海水，而淡水资源奇缺。由于缺水，地球沙漠化严重。而利用海水提取淡水的费用高却效率低。其实，大多数硬骨鱼类都有很强的排盐能力，因为在鱼的鳃片上有一器官，它像一个淡化车间，其淡化效率之高是世界上最先进的海水淡化器也望尘莫及的。假如我们能了解这一机理，不就可以用化学方法进行低成本海水淡化了吗？ 比目鱼能分泌出一种乳白色的剧毒液体。一份比目鱼毒液，用5000份水稀释，就足以毒死周围的海星等小动物。当大鲨鱼进攻时，比目鱼放出毒液，使大鲨鱼麻痹，张开大口不能合拢。假如人们经过研究，合成了这种毒素，就可以利用这种化学武器来保护自己。 北极熊的毛发细密，在显微镜下看是一个个中空的透明管，每个管可以吸收来自太阳的光能，阻止内部热量的散失。而毛发下黑色的皮肤又可以将穿过毛发的光能吸收至体内。因而，即使在-40℃的北极，北极熊还常常因为“大衣”太热而卧在冰上乘凉。假如人们制作出这样的衣服，不是可以很好地御寒吗？ 有些动物有很强的再生本领，如海参、海星、海蟹等。如果把它们的肢体切断，它们便藏在岩缝中，不用多久，就会长出完整的肢体。假如人们能揭开再生本领的谜底，研制出再生肢体，那将是生物学界的一大飞跃。 今天听我们讲故事的孩子们，未来或许就是相关领域的科学家和创造者，许许多多的新研究、新科技将在你们的手中诞生。到那时，可以想象，人们嘴上套着人造腮，直接吸收水里的氧气；眼睛上戴着根据鲸、海豚的回声定位原理发明的微型超声波探测仪，直接在眼前呈现出清晰的立体彩色图像：身上穿着用于绝热的橡胶衣裳：随身装着小型海水舱以充入或排出海水、自由升降：手里握着根据剧毒鱼类生理机能发明的化学武器以抵御大鱼和海兽的袭击；并携有一台小型微机和发声装置，随时利用它们与海洋鱼类和海兽交流对话……该是多么神奇而美好的景象。我们甚至可以更大胆地设想，人们直接在海洋中生活，调遣着整个水下生命的觅食、繁殖、养殖和捕捞，进行海洋“牧场”的放牧工作，为人类未来的生活创造越来越多的机遇…… 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/18b94c0f82d049649b6648d7c1c708a1294a0a62.html