从萤火虫到人工冷光
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仿生学
从萤火虫到人工冷光
自从人类发明了
电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转
变成可见光，其余大
部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，
有没有只发光不发
热的光源呢
?
人类又把目光投向了大自然。
在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫
和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光。
”在众多的发光动物
中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有
1
500
种
,
它们发出的冷光的颜色有黄
绿色、
橙色，光
的亮度也各不相同。
萤
火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，
而且发出的冷光一般都很柔
和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。
科学家研究发现，
萤火虫的发光器位于腹部。
这个发光器由发光层、
透明
层和反射层三
部分组成。
发光层拥有几千个发光细胞，
它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。
在荧光酶的
作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，
与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上
是把
化学能转变成光能的过程。
早在
40
年
代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很
大变化。
近年来，
科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，
后来又分离出了荧光
酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧
光素、荧光酶、
ATP(
三磷酸腺苷
)
和水混
合而成的生物光源
,
可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产
生磁
场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。
现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的
冷光，作为安全照明用。
电鱼与伏特电池
自然界中有许多生物
都能产生电，仅仅是鱼类就有
500
余种。人们将这些能放电的
鱼，
统称为“电鱼”
。
各种电鱼放电的本领各不相同。<
/p>
放电能力最强的是电鳐、
电鲶和电鳗。
中
等大小的电鳐
能产生
70
伏左右的电压
,
而非洲电鳐能产生的电压高达
220
伏；
非洲电鲶能产生
350
伏的电
压；
电鳗能产生
5
00
伏的电压，
有一种南美洲电鳗竟能产生高达
880
伏的电压，
称得上电击
冠军
,
据说它能击毙像马那样的大动物。
电鱼放电的奥秘究竟在哪里<
/p>
?
经过对电鱼的解剖研究，终于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。
由于电鱼的
种类不同，所以发电器的形状、位置、电板
数都不一样。电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊
椎两侧的肌肉中；
电鳐的发电器形似扁平的肾脏，
排列在身体中线两侧，
共有<
/p>
200
万块电板
;
电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间
,
约有<
/p>
500
万块电板。单个电板产生的
电压很
微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。
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，
设计出世界上最早的伏特电池。
因为这种电池是根据电
鱼的天然发电
器设计的
,
所以把它叫做
“人造电器官”
。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功
地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
水母的顺风耳
在自然界中，水母，早
在
5
亿多年前，它们就已经在海水里生活了。
< br>“但是，水母跟顺
风耳又有什么关系呢？”
人们肯定会问
这样一个问题。因为，
水母在风暴来临之前，就会成
群结队地游
向大海，就预示风暴即将来临。但是，这又与“顺风耳”有什么关系呢？原来，
在蓝色的
海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波（频率为
8
～
13
赫兹）
，是风暴来临之
< br>前的预告。
这种次声波，
人耳是听不到的，而对水母来说
却是易如反掌。科学家经过研究发
现，水母的耳朵里长着一个细柄，柄上有个小球，球内
有块小小的听石。
科学家仿照水母耳朵的结构和功能，
设计了水母耳风暴预测仪，
相当精确地模拟了水母
感受次声波的器官。
技能训练长颈鹿与宇航员失重现像
长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部，是由于长颈
鹿的血压很高。据测定，
长颈鹿的血压比人的正常血压高出
2<
/p>
倍。
这样高的血压为什么不会导致长颈鹿患脑溢血而死
亡呢？这和长颈鹿身体的结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能压缩血管，
控制血流量；
同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，
利于下肢的血液向上回流。
科
学家由此受到启示，
在训练宇航员对，
设置一种特殊器械，
让宇航员利用这种器械每天锻炼
几小时，
以防止宇航员血管周围
肌肉退化；
在宇宙飞船升空时，
科学家根据长颈鹿利用紧绷
的皮肤可控制血管压力的原理，研制了飞行服——“抗荷服”
。抗荷
服上安有充气装置，随
着飞船速度的增高，
抗荷服可以充入一定
量的气体，
从而对血管产生一定的压力，
使宇航员
的血压保持正常。
同时，
宇航员腹部以下部位是套入
抽去空气的密封装置中的，
这样可以减
小宇航员腿部的血压，利
于身体上部的血液向下肢输送。
蛋壳与薄壳建筑
蛋壳呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有
2 mm
的厚度，但使用铁锤敲砸
也很难破坏它。
建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，
跨度
大，坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧院则像一组泊港的群帆。< p>
结构构件
对于构件，
在截面面积相同的情况下
，
把材料尽可能放到远离中和轴的位置上，
是有效
的截面形状。有趣的是，在自然界许多动植物的组织中也体现了这个结论。例如：
“疾风知
劲草”
，许多能承受狂风的植物的茎部是维管状结
构，其截面是空心的。支持人承重和运动
的骨骼，
其截面上密实
的骨质分布在四周，
而柔软的骨髓充满内腔。
在建筑结构中常被
采用
的空心楼板、
箱形大梁、
工形截面
钣梁以及折板结构、
空间薄壁结构等都是根据这条结论得
来的。
斑马
斑马生活在非洲大陆，
外形与一般的
马没有什么两样，
它们身上的条纹是为适应生存环
境而衍化出来
的保护色。在所有斑马中，细斑马长得最大最美。它的肩高
140-160
厘米，耳
朵又圆又大，条纹细密且多。斑马常与草原上的牛羚、旋角大羚羊、
瞪羚及鸵鸟等共外，以
抵御天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很成功仿生学例
子。
昆虫与仿生
< br>昆虫个体小，种类和数量庞大，占现存动物的
75%
以上
，遍布全世界。它们有各自的生
存绝技，
有些技能连人类也自叹
不如。
人们对自然资源的利用范围越来越广泛，
特别是仿生
学方面的任何成就，都来自生物的某种特性，本文简要介绍昆虫与仿生学。
< br>
蝴蝶与仿生
五彩的蝴蝶锦色粲然，如
重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，
其后翅在阳
光
下时而金黄，
时而翠绿，有时还由紫变蓝。
科学家通过对蝴蝶色
彩的研究，为军事防御带
来了极大的裨益。
在二战期间，
德军包围了列宁格勒，
企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他
防御设施。
苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况，<
/p>
提出利用蝴蝶的色
彩在花丛中不易被发现的道理，
在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。
因此，
尽管德军
费尽
心机，
但列宁格勒的军事基地仍安然无惹，
为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。
根据同样
的原理
，后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。