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第4章 昆虫的启示(1)

昆虫飞行的启示

在空气动力学中,有一种物理现象叫做“颤振”,这是飞行中的一种有害的振动。当飞机飞得太快时,机翼就会产生这种现象,严重时甚至会机毁人亡。但是某些会飞的昆虫却早已解决了这个问题。让我们捉来一只蜻蜓,请你注意看一下它的翅膀,在它翅膀末端的前缘有一块深色加厚的色素斑,好象一块黑痣(昆虫学上叫翅痣),这就是蜻蜓用来克服飞行时产生“颤振”的装置。如果我们把这块黑痣切除后再放飞,就会看到它飞得荡来荡去,没有原先那样平稳了。人们发现蜻蜓的这个秘密以后,就把它借用到飞机上,在飞机两翼末端的前缘,制成一块加厚区,或者加上“配重”装置,这样就消除了有害的“颤振”现象。

在科技现代化的时代,要逐步提高人类的航空技术,昆虫对于我们也有更进一步的启发。研究仿生学的科学家们已经把它列为重要的课题了。会飞的昆虫如蜜蜂、黄蜂、蚊子、苍蝇等会巧妙的飞行,它们可以向上飞,可以垂直下降,可以悬在空中,也可以突然侧飞或者回头飞行,其灵活是目前任何飞机都做不到的。蝴蝶和蛾子在飞行时还能在翅膀表面产生一种波来增加推力和升力,或者促使身体绕着一根轴线翻转。很显然,研究昆虫飞行的这些特点,弄清它们的原理,对于改进人类的航空技术是很有好处的。

昆虫的翅膀很单薄。例如蜻蜓的翅膀薄得像苇膜儿,它的长度只有5.1毫米,面积只有4.6平方厘米,重量只有0.005克。如此单薄的翅膀,却有足够的强度和刚度,它每秒钟可以煽动16~40次,使飞行速度达到每秒钟18~20米。真是超轻结构飞行的奇迹!这难道不值得工程师们悉心地研究吗?

昆虫不生病的科学启示

由于地球污染日益严重,我们每天都在经受着各种污染的侵袭:紫外线的辐射、空气中的有害颗粒、汽车尾气,居室内的病毒、尘螨,食品中的激素、添加剂、残存农药……这些污染源随处可见,让人无处藏身。

因此,科学家们一直在探索研究一个尖端的仿生学课题:昆虫长期生活在细菌繁杂的环境中,却从不生病,它们是如何保护自己不受外界病原茵和侵染的呢?

经过无数次的科学实验,最终找到了真正的答案,原来昆虫身体内含有一种能够抵御细菌入侵的特殊物质——抗菌肽,能抵抗各种病原菌对自身的侵入,“百病不染、百毒不侵”,这一发现令全世界医学专家感到无比震惊和兴奋。科学家们预测:如果人类经常补充抗菌肽,寿命可延长至160岁。英国皇家医学会将其列为防癌的首选用品,联合国绿色产业专家委员会认定抗菌肽将对人类健康产生深远的影响。现代医学研究表明,抗菌肽具有以下功能:

1.能够在24小时内杀灭多种病原菌,只要有几万之一的浓度,就可杀死好多种病原菌,并能防止体外辐射,从而增强机体免疫功能;2.抑制某些肿瘤细胞的核酸代谢及其生长,而对机休的正常细胞则无害,并能有效防止癌细胞转移,使癌细胞失去载体而被消灭;3.抑制肝炎病毒DNA的复制,对肝、肾等组织器官起到很好的保护治疗作用。

蝇眼的启示

人的眼睛是球形的,苍蝇的眼睛却是半球形的。蝇眼不能像人眼那样转动,苍蝇看东西,要靠脖子和身子灵活转动,才能把眼睛朝向物体。苍蝇的眼睛没有眼窝,没有眼皮也没有眼球,眼睛外层的角膜是直接与头部的表面连在一起的。

从外面看上去,蝇眼表面(角膜)是光滑平整的,如果把它放在显微镜下,人们就会发现蝇眼是由许多个小六角形的结构拼成的。每个小六角形都是一只小眼睛,科学家把它们叫做小眼,在一只蝇眼里,有3000多只小眼,一双蝇眼就有6000多只小眼,这样由许多小眼构成的眼睛,叫做复眼。

蝇眼中的每只小眼都自成体系,都有由角膜和晶维组成的成像系统,有由对光敏感的视觉细胞构成的视网膜,还有通向脑的视神经,因此,每只小眼都单独看东西。科学家曾做过实验:把蝇眼的角膜剥离下来作照相镜头,放在显微镜下照相,一下子就可以照出几百个相同的像。

世界上,长有复眼的动物可多了,差不多有1/4的动物是用复眼看东西的。像常见的蜻蜓、蜜蜂、萤火虫、金龟子、蚊子、蛾子等昆虫,以及虾、蟹等甲壳动物都长着复眼。

科学家对蝇眼发生兴趣,还由于蝇眼有许多令人惊异的功能。

如果人的头部不动,眼睛能看到的范围不会超过180度,身体背后有东西看不到。可是,苍蝇的眼睛能看到350度,差不多可以看一圈,只差脑后勺边很窄的一小条看不见。

人眼只能看到可见光,而蝇眼却能看到人眼看不见的紫外光。要看快速运动的物体,人眼就更比不上蝇眼了,一般说来,人眼要用0.05秒才能看清楚物体的轮廓,而蝇眼只要0.01秒就行了。

蝇眼还是一个天然测速仪,能随时测出自己的飞行速度,因此能够在快速飞行中追踪目标。

根据这种原理,目前人们研制出了一种测量飞机相对于地面的速度的电子仪器,叫做“飞机地速指示器”,已在飞机上试用。这种仪器的构造,简单说来就是:在机身上安装两个互成一定角度的光电接收器(或在机头、机尾各装一个光电接收器),依次接收地面上同一点的光信号。根据两个接收器收到信号的时间差,并测量当时的飞行高度,经过电子计算机的计算,即可在仪表上指示出飞机相对于地面的飞行速度了。

眼睛所看到的,是通过光传导的信息,不过眼睛并没有把它所看到的全部信息都上报给大脑,而是经过挑选把少量最重要的信息传给大脑。蝇眼这种接收及处理信息的能力,比人们制造出来的任何自动控制机都要高明。

现在研究人员还模仿苍蝇的联立型复眼光学系统的结构与功能特点,用许多块具有特定性质的小透镜,将它们有规则地粘合起来,制成了“复眼透镜”,也叫“蝇眼透镜”。用它作镜头可以制成“复眼照相机”,一次就能照出千百张相同的像来,用这种照相机可以进行邮票印刷的制版工作。

萤火虫与照明光源

萤火虫会发光,很多人都知道。在夏季的夜晚,走到庭园或田野里去,当你看到一闪一闪的萤烛飞舞在灌木丛的上空,就像一盏盏小灯笼,可能会脱口喊出“萤火虫”三个字来。萤火虫发光是为了照明吗?不是,它的发光是作为一种招引异性的信号。停在叶片上的雌萤火虫见到飞过的雄萤火虫发出的荧光后,立即放出断续的闪光,雄萤火虫见了就会朝它飞去。

在自然界除了萤火虫外,会发光的生物很多,动物界大约有1/3是发光生物,海洋中会发光的细菌已知有70余种。热带和温带海面上出现的“海火”奇观,就是无数发光细菌聚集在一起放出的光所致,当然夜光虫更是“海火”的生成者。在某些深海水域,几乎95%的深海鱼类都会发光,一种斧头鱼,身体只有5厘米长,浑身透明,具有一系列的发光器,它在光线难以透进的深海中发光扩散而照亮了一定的范围,使得斧头鱼能在黑暗中认别同类,群聚或寻找配偶。其实人本身也能发光,当然放出的光绝不会像神话小说中所描述的那样头上有光环,而是放出肉眼所不能见到的超微光。

人们对发光生物发出的生物光产生了浓厚的兴趣,这是因为:(1)生物光的效能实在太高。古书《古今秘苑》记载有:古时我国渔民用很多只萤火虫装入一个吹胀的羊膀胱内,将它结扎在渔网底下,就能招来鱼群,从而提高捕鱼量。数十只萤火虫装入囊中放出的光量就能解决车胤的夜读照明问题。据测定,一个发光细菌所发出的光相当于1.9×10-14烛光。如此高效能的光源是不会不被人们注意的;(2)爱迪生发明了电灯,取代了用火照明。

电灯无烟,光亮而且安全。但是,当你靠近开亮的电灯泡,就会感觉到热,愈是接近愈觉得热,这说明电只有使灯泡的钨丝烧热才能发光,而且大部分能量都以红外线形式转变成热散发了。此外,这种热线对人眼是无益的,而生物光是目前已知惟一不产生热的光源,因此也叫“冷光源”,其发光效率可达100%,全部能量都用在发光上,没有把能量消耗在热或其他无用的辐射上,这是其他光源办不到的。

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