生物的靈性,不但在于結構和生理的精巧,還在于它們高超的求生本領。隨著科技的發展,科學家對生物的研究進入了微觀的分子水平,對生物的宏觀研究也不斷地深入,讓我們驚嘆生命是如此的精彩。
高科技化學戰
這是校院西邊的一塊實驗園地,由高二生物科技小組經管,地里不但種有生物課本中的實驗植物豌豆、小麥、油菜、山楂、梨等,還有常見的蔬菜。上周一,同學們發現有幾棵大豆的葉子出現了很多小洞,一看就是蟲咬的。大家捉到幾只肉鼓鼓的小毛蟲,查了資料方知是黃腹燈蛾的幼蟲,它們的胃口很大,一只毛毛蟲一生能吃掉幾十片葉子。為使園地符合綠色標準,同學們采用捕捉的方法,免不了有“漏網之魚”。
這一周輪到小趙他們管理。小趙是遠近聞名的生物迷,觀察仔細,愛追根究底。一早來到地里,小趙發現上次被蟲吃的豆苗四周又出現了不少毛毛蟲,但葉片上只有很少的空洞。這些毛蟲都不活潑,行動遲緩,用手去碰也不逃跑,這是怎么了?難道毛毛蟲得病了?
老師告訴他,在植物體內有一類叫酶抑制劑的蛋白質,它們與相對應的酶相互作用,控制生物體內的生理過程,并防止外源性酶對細胞的破壞。酶抑制劑,能與昆蟲消化道中的消化酶起作用,生成酶抑制劑復合物,影響昆蟲對淀粉、蛋白質等的消化,使昆蟲因厭食而死亡。當一株大豆苗遭到毛毛蟲的襲擊,它會立即發出信息向同類報警,豆苗們加快蛋白酶抑制劑的分泌,防御毛蟲的侵害。這些半死不活的毛毛蟲,正是中了豆苗“高科技化學計”。
據科學家研究,害蟲來了進行化學報警,是所有植物的看家本領,它能有效抑制蟲害,保護植物生存。當然,如果害蟲大暴發成災又當別論。
植物蛋白酶抑制劑對人畜十分安全,因為它們在哺乳動物的胃中會被胃酸降解。植物體內的酶抑制劑含量較少,不足以對昆蟲造成大量的殺傷,如果能占總蛋白的0.5%,就能對昆蟲有毒殺作用。科學家對酶抑制劑基因進行改造,提高它的表達水平,已經取得初步的成功。他們將人工克隆的一種蛋白酶抑制劑基因轉移到煙草中,表達量占可溶性蛋白的0.9%,用它喂2~3齡棉鈴蟲,4天后死亡率為50%,剩下的發育也明顯受阻。
揚子鱷生男生女自己定
揚子鱷是孑遺物種,為我國特有的國家一級保護動物。研究人員發現,揚子鱷生男還是生女,同自然溫度和濕度有關。科學家在野外觀察中發現,揚子鱷孵卵是在七八月間,揚子鱷把雜草捂在蛋上,通過發酵起增溫的作用。溫度偏高時出雄鱷,溫度偏低時出雌鱷。在南坡和陽坡窩中測得的溫度在300℃以上,出來的大多是雄鱷,北坡和陰坡出窩的溫度在280℃左右,出來的大多是雌鱷。在自然條件下,陽坡和陰坡的鱷巢數總是相等的,這就保證了揚子鱷性別比例的相等。除了溫度,相對濕度要在90%以下,否則出殼率要大大降低。
揚子鱷每年做窩的地點同池沼的距離會有不同,旱年離水源很近,澇年離水源較遠,以確保后代發育所需的溫度和濕度。必要時,它們還會用雜草堆砌等辦法對窩內的溫濕度進行調節。揚子鱷是怎樣知道每年七八月水旱情況的呢?原來,在揚子鱷的頭部有一種特殊的傳感器,能預測繁殖地每年的天氣情況,根據旱澇決定筑巢的地點。
蟋蟀、樹蛙巧用共鳴術
我小時候也喜歡捉蟋蟀,玩蟋蟀。個頭大、色黑發亮、跳躍足有力者是大家爭捉的對象,因為它們英勇善戰,能大敗對手,然后發出歡快的振翅聲,令擁有者興奮不已。如果憑鳴聲判斷蟋蟀的大小與英勇,你就大錯特錯了。有一次我去捉蟋蟀,聽到瓦礫堆中一聲聲高昂的鳴聲,激動極了:這一定是一只大蟋蟀!翻開瓦一看卻是一只不起眼的小蟲。捉回家后放在盆里,彈唱還算優美,但叫聲卻不大了。原來,公蟋蟀在瓦片下振翅聲會同瓦片發生“共鳴”,放大了鳴聲。鳴叫是蟋蟀求偶的信號,叫聲大說明雄蟲生殖能力強,聲音越大越能得到雌蟲的青睞。
最近,生物學家在亞熱帶叢林的樹洞里,發現了一種身長不到2厘米的樹蛙,它們雖然貌不驚人,但雄蛙“吱-喀”“吱-喀”的叫聲特別宏亮,連離洞50米的地方都能聽到。這么一個小不點兒,怎么能發出這樣大的聲音?科學家認為,它們可能是用變換發聲頻率的方法,與樹洞的發聲頻率發生“共鳴”。為了證實科學家的推斷,助手們捉來一些雄樹蛙,放進裝有水的塑料桶里,用加減水的方法改變塑料桶的振動頻率,模擬不同的樹洞環境。樹蛙到了“新家”后不久,便開始試用不同的聲調鳴叫,當找到最響亮的曲調后,就用它繼續高歌,以吸引雌蛙前來交配。不論你添加水和舀去水,雄蛙總能找到最合適的共鳴曲,發出最亮麗的鳴聲。生活在水塘和沼澤里的青蛙,個頭是樹蛙的20倍,在繁殖期間發出的鳴聲也震人耳膜,它們是利用腹腔共鳴的,頭部兩側的鼓球一張一縮,肚子一起一伏,發出蛙鼓陣陣。
利用共鳴原理發聲,不只是蟋蟀和蛙的專利,只要你認真觀察,共鳴發聲的動物還有不少。例如啄木鳥,它不太會叫,但能用喙敲擊器物發聲。當一對啄木鳥在林中占據了巢區,它們就會用喙敲鐵皮煙囪或鐵皮屋頂,發出震耳欲聾的咚咚聲,告誡同類:這是我們的地盤,不要來打攪!
蛛網上的高科技
你一定觀察過蜘蛛結網,也曾用鐵絲做成圈羅下蜘蛛網去捉蟬和小蜻蜓。蜘蛛是節肢動物,蛛形綱,蜘蛛目動物的統稱。有3.5萬多種,遍布于全世界。中國已發現的有2 000多種。蜘蛛多生活在屋檐下或草木中。它肛門尖端的突起能分泌黏液,這種黏液一遇空氣即可凝成很細的絲。蜘蛛以昆蟲為食,它常在不易被破壞的旮旯、樹梢、草叢以及昆蟲時常出沒的地方結出一個八卦形的網。有一種體形較大的金園蛛,它的網黏性極強,連一些較小的鳥都會被它網住。平時,盡管蜘蛛不在網上,但網上的細絲總有一根連通著蜘蛛休息的地方,昆蟲只要一觸網,蜘蛛就會獲得信息。對網住的昆蟲,蜘蛛都會先咬上一口。這一咬,昆蟲就被注入了一種特殊的液體消化酶。這種消化酶能使昆蟲昏迷、抽搐、直至死亡,并使肌體發生液化,變成一只液體的高蛋白罐頭。
蛛網的黏性是由濕絲決定的,在電鏡下,濕絲是一個個卷曲的絲球,粘滿蛋白質性質的黏液。當小蟲觸網時,絲球松開纏住小蟲,被吃成空殼后絲球又恢復原狀。蛛網的捕蟲效率很高。除它的透明和黏性外,科學家發現,蛛網具有反射紫外光的能力。科學家將同一只圓蛛結的兩張網放在房間的不同地方,一張用普通光照射,另一張用紫外光照射。然后放出一群果蠅,它們都飛向了用紫外光照過的網。原來發紫外光是藍天的特性,對昆蟲來說代表著安全。蜘蛛在夜色中結的網反射紫外光的能力強,白天結的網反射紫外光的能力弱。蜘蛛結網大多在夜晚,昆蟲錯將蛛網當藍天“自投羅網”,原來是蛛網設有光學陷阱!
大象用基因變異保命
生物學家在研究考察非洲象時注意到,一些地區的野生象正在發生變化,約有4%的小象自出生時就沒有長象牙,比以前的統計要高出5倍還多。象牙是大象取食的重要工具,對付敵人的武器,也是大象種的遺傳特征。沒有象牙對大象來說是不可思議的,科學家百思不得其解。后來在烏干達國家森林公園,又統計到20%的母象和10%的公象沒有長象牙,這才引起了科學家的熱烈討論。長象牙是大象的外部性狀,它是由體內基因控制的,不長象牙的大象肯定是體內的基因發生了變化,出現了抑制象牙生長的基因。
為什么會發生這樣的變異呢?原來象牙一直是人類摘取的寶物,它可以收藏,可以加工成工藝品,價格不菲。在上世紀,非洲有野象500萬只,由于捕獵,現在已不足5萬只。雖然現在訂有禁獵和禁止象牙交易國際公約,但在利益的驅使下,偷獵仍屢禁不止。大象們似乎已經知道,長象牙可能遭來殺身之禍,不長象牙尚能保命,在生存競爭這個大自然魔法師的導演下,抑制象牙生長的基因在一些種群中開始顯性,從而出現了不長象牙的大象。
基因變化,特別是基因突變,在自然界出現的頻率是極低的,但由于生物數量十分巨大,人們總是會看到生物的變異。如果人不恰當地干預,基因突變就會加快。如病菌的抗藥性突變,就是人類犯下的錯誤。醫生和病人都將抗生素當著靈丹妙藥,大病小病,有病沒病,都用抗生素,連畜禽和魚的飼料里都要加抗生素。而細菌在人類的逼迫下,為了活命不斷發生基因突變,使花巨資研制出來的抗生素用不了多久就失效,人類為此在醫療上吃了大虧。