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人与自然 系列丛书-第162章

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  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。




鲸类潜水的启示
  鲸类是兽类中的潜水冠军。抹香鲸可潜到1000多米的海洋深处,最长可在水下滞留两个多小时。海洋中,水深每增加10米,就增大一个大气压,所以1000多米的海洋处,压力高达100~200个大气压。目前人类就是穿上带有水下呼吸设备的最先进的潜水服,下潜极限也只有上百米,时间限制在数十分钟,再深了,人体就受不了那过高的压力。 
  但鲸类体内却有一系列与深潜相适应的结构与功能。鲸的气管由肌肉膜隔成一个个腔室,并有软骨锁住的阀门系统,可使胸腹腔、肺气管及其他内脏的内部压力与海水压力维持平衡。另外,鲸的血红素含量特别高,抹香鲸的肌肉因此而红得发黑。血红素含量高能结合更多的氧,保持体内供氧充分。 
  鲸在深水中还能大大减慢心跳,降低血液流速,节约氧消耗。它的大脑呼吸中枢能忍受高浓度CO2的积累,从而减少呼吸次数,而一般陆上动物却无法做到这一点。鲸类的潜水能力给人类提供了启示,指明了提高潜水能力的目标和方向。例如寻找一种药物,增加人类肌肉中血红蛋白的含量以储藏更多的氧,再寻找一种降低呼吸中枢对CO2积累敏感性的方法,以减少呼吸次数。 
  同时为了承受深海高压,可模拟一套阀门装置,防止肺中空气被压出,或者穿上保护外衣。这样人类的深潜能力就能大大增强,人类就有可能深入实地去探明海下的秘密。




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,能提起比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”两部分所组成。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[音xiéháng]急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迹研究表明,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作,“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。




夜蛾的启示
  炎夏之夜,万籁俱寂,一场无声的“空战”正进行得十分激烈:号称“活雷达”的蝙蝠跟踪着夜蛾,步步进逼!啊,蝙蝠张开了嘴巴,夜蛾的性命危在旦夕。。就在这千钧一发之时,夜蛾连翻几个筋斗,收起了翅膀,落到地上,它竟然溜之大吉了! 
  众所周知,蝙蝠有着精巧的超声波定位系统,因此捕食昆虫十分准确。 
  有时,它在一分钟之内能捕食到19只蚊子,真令人拍案叫绝。但是,夜蛾为什么能够在蝙蝠的追踪下死里逃生呢? 
  原来,夜蛾具有一套精妙的反声纳系统,这使它足以对抗蝙蝠的侵袭。 
  在夜蛾的胸腹之间,有一个特殊的听觉器官,叫做鼓膜器,可以接收蝙蝠发出的超声波。当它截听到蝙蝠发出的超声波时,就可以及时逃避。要是鼓膜神经脉冲达到饱和频率,则说明蝙蝠已经逼近,情况万分危急。这时,它就翻跟斗、转圈子、曲折飞行。。以逃避敌人的追袭。 
  夜蛾对抗蝙蝠“法宝”还不止这一个。它的足关节上有个振动器,能发出一连串的超声波,干扰蝙蝠,使它摸不清夜蛾在南北还是在东西。 
  有些自己身上长着一层厚厚的绒毛,能吸收超声波,使蝙蝠收不到足够的回声,从而大大缩小了蝙蝠“声雷达”的作用。 
  还有一种夜蛾,它能模仿味道很坏的蛾子发出的超声波,使蝙蝠提不起食欲来。 
  夜蛾的反探测系统如此精致奥妙,为武器设计者打开了新思路。 
  生物界有不少奇妙的构造,正等待着我们去发现和学习呢!




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虾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。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形成。 
  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。甲壳纲中又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海里。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25000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。




北极熊的毛不是白色的
  也许人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玻动物在冬眠期间,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。




人造海豚皮
  海兽的流线型体型,一直是制造船体的模拟对象。但近年来研究发现,海豚、鲸的快速游泳能力不仅与流线型体型有关,还与它们皮肤的特殊构造有关。海豚的皮肤分两层,外层薄而富有弹性,其弹性类似于最好的汽车用橡胶。外层下面头层或刺状层,这一层生有无数个中空突起物,好像一根根圆型的管子插在表皮层内。乳头下面是稠密的胶原纤维和弹性纤维,其间充满脂肪。这种特殊的柔软而具弹性结构的皮肤,能使水流从它表面顺利流过,同时也吸收和消除了阻碍前进的水流旋涡,起着消振器的作用,使水流的振动减弱,防止湍流的发展和水流的破坏,从而大大减少了运动的阻力。 
  人工仿制的海豚皮由三层橡胶组成,总厚度2。5毫米,外层平滑,厚0。5毫米,模仿海豚的表皮层;中层有橡胶乳头,乳头之间的空间充满了粘滞性的硅树脂液体,它模仿海豚的真皮及胶原组织和脂肪;再下层是厚0。5毫米的支持板,与船体接触。试验结果证明,蒙上这种人造海豚皮的鱼雷和潜艇,在水中运动的阻力减少一半,从而使航速提高一倍,而且还有潜力可使阻力进一步降低。今后远洋客轮要是采用这种“海豚皮”,时速完全可以达到每小时100~200公里。不仅如此,类似结构的薄膜也可能推广应用于飞机和火箭,即使是日常生活和工业生产中也有它的用场,如自来水管道、煤气管道,消防用高压水龙带,工业生产中的石油输送管道等等的管道内壁上衬上这种薄膜,同样也能大大减少摩擦阻力,从而节省输送流体的动力,提高输送效能。




人工合成植物激素
  高等植物的生长发育是一个复杂的过程,一方面需要一定的外界条件的配合,另一方面还直接受体内激素的控制。尽管植物激素种类繁多,但是它们都有两个共同的性质:都是植物身体自己合成出来的;只要很微小的浓度,就能够对植物的生长发育产生很大的影响。 
  各种植物激素被陆续发现以后,科学家们就自然想到了人工合成植物激素,用来控制植物的生长。于是,有很多人工合成的植物激素应运而生。科学家们把这些人工合成的化学物质叫做植物生长调节物质。到现在,人工合成的植物生长调节已经有100多种。由于这些生长调节物质的应用,使农业有了新的发展,为现代农业生产提供了一些新的技术。 
  已经成为植物生长延缓剂一类化学药物中的佼佼者的矮壮素,就是其中之一。它能使植物矮化,基杆变粗,节间缩短,叶片变密,颜色变深和根系扎得深。同时还具有延缓种子萌发和改变植物开花期的本领。比如,用千分之一到百万分之一的矮壮素溶液喷洒蕃茄幼苗,可以使植株长成矮粗的茎和深绿色的叶,加快发育过程。因此,在隆冬季节里,人们也能吃上温室里的美味多汁的新鲜西红柿。矮壮素还能增强植物的抗倒伏性、抗旱性、抗病性、抗虫性抗盐性、抗寒性和抗药性。 
  还有一种人工合成的生长调节物质叫做“2,4—D”,它的效果比天然生长素更好。更有意义的是,把它喷洒在某些杂草的叶片上,这些杂草的根、茎等部分的营养成分就会被吸引到喷过药的叶片里头。这样,根和茎缺少养分,整棵杂草很快就会死掉。




仿生农药
  在生物
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