神奇的海洋仿生學(xué)

廣闊無垠的大海孕育了豐富多彩的海洋生物，它們?cè)缭谌祟愓Q生之前就生活在那里。漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程賦予了它們五花八門、各不相同的求生本領(lǐng)，其獨(dú)特的習(xí)性和功能也極大地啟示著人們深入探索它們的奧秘，從而在許多方面改變和正在改變著人類的文明生活。

海洋仿生學(xué)是海洋生物學(xué)與技術(shù)工程科學(xué)之間的邊緣學(xué)科，是20世紀(jì)60年代才興起的一門極其重要的學(xué)科。它通過研究某些生物的構(gòu)造原理和機(jī)能，在工程技術(shù)上加以模仿，進(jìn)而得到應(yīng)用。

實(shí)際上，早在遠(yuǎn)古時(shí)代，人們就已懂得模仿生物了。舟船、舵和槳，就是古人依照魚的形狀以及魚尾、魚鰭發(fā)明出來的；就連人們的游泳技術(shù)也是向海洋生物學(xué)來的，至今人們不是還使用“蛙泳”、“豚泳”嗎？當(dāng)然這還只是簡(jiǎn)單的模仿學(xué)，算不上是仿生學(xué)的研究。只有今天，在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的時(shí)代，我們才有可能真正掌握生物的“秘方”，進(jìn)而變?yōu)榘l(fā)展新科技的“良策”。

生物的奇功與人類的仿生

劍魚與超音速飛機(jī)

人人都知道，劍魚有著標(biāo)準(zhǔn)的流線型身體，它頭上長(zhǎng)著長(zhǎng)而尖的上頜，如同一柄鋒利的寶劍，能沖破水流的阻力，使其快速游泳，而強(qiáng)壯的尾巴則提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力。受劍魚長(zhǎng)長(zhǎng)的頜劍的啟發(fā)，科學(xué)家們?cè)陲w機(jī)的前方安裝了一根長(zhǎng)“針”，這根長(zhǎng)針沖破了飛行中產(chǎn)生的“音障”，于是，超音速飛機(jī)誕生了。

水母與風(fēng)景報(bào)警儀

大部分水母都具備一套預(yù)測(cè)風(fēng)暴的本領(lǐng)。因?yàn)樵诳耧L(fēng)怒吼、海浪咆哮之前，大海中會(huì)產(chǎn)生一種次聲波，傳播速度比風(fēng)浪快。人的耳朵是聽不見次聲波的，但是水母體內(nèi)的特殊感受器卻能感覺得到。這時(shí)，水母便會(huì)迅速遠(yuǎn)離海岸，以免被風(fēng)浪卷到岸上。根據(jù)水母接收低聲波的機(jī)制，人們制造出了一種風(fēng)暴警報(bào)儀，能提前15個(gè)小時(shí)預(yù)測(cè)出來自某一方向的風(fēng)暴。

鱟與電視、雷達(dá)系統(tǒng)

海底動(dòng)物中，有一種相貌丑陋的甲殼動(dòng)物，叫“鱟”。自4億年前誕生后，至今仍模樣不變，被稱為活化石。科學(xué)家們經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鱟的血液是藍(lán)色的，富含銅離子，一遇細(xì)菌，血液就會(huì)凝固。于是，人們將它提取出來，做成“鱟制劑”，用來檢測(cè)血液中的細(xì)菌，為人類的醫(yī)療和食品生產(chǎn)帶來了很大的方便。另外，鱟的復(fù)眼還有一種側(cè)抑制現(xiàn)象，能使物體圖像更加清晰。人們將它應(yīng)用于電視和雷達(dá)系統(tǒng)，大大提高了電視成像的清晰度和雷達(dá)的顯示靈敏度。

魚與潛艇、魚雷

你知道魚兒是怎樣在水中上升和下沉的嗎？大多數(shù)魚類體內(nèi)有一種調(diào)節(jié)身體比重的器官，叫鰾。當(dāng)魚排出魚鰾內(nèi)的氣體時(shí)，魚便下沉；當(dāng)充入氣體時(shí)，魚就浮起。根據(jù)這一原理，人們制造了潛水艇，它的人造“魚鰾”便是艙兩側(cè)的水艙。于是，現(xiàn)代化的水下武器出現(xiàn)了。另外，鯊魚不僅具有近乎完美的流線型體形，它的皮膚上還長(zhǎng)著許多齒狀的突起。這些突起構(gòu)成銳利的鱗片，像一把把刀子一樣破開水流，減少在水中的阻力，達(dá)到快速游泳的目的。而海豚的身體真皮內(nèi)具有海綿狀的突起，突起之間充滿流動(dòng)的液體，所以難以產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的渦流，從而可以快速前進(jìn)。根據(jù)這樣的原理，科學(xué)家們給水下潛艇及魚雷穿上了一層類似鯊魚和海豚結(jié)構(gòu)的衣服，提高了潛艇和魚雷的速度。

鯨與聲響系統(tǒng)

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，鯨聯(lián)絡(luò)同伴、尋找獵物不是通過眼睛而是通過回聲定位法。它從鼻下產(chǎn)生聲波，在海中遇到障礙物后再返回耳朵。因而，不論是清澈的深海，還是渾濁的淺海，鯨都可以準(zhǔn)確無誤地確定位置，獲得獵物。科學(xué)家們認(rèn)為，鯨的回聲定位法所產(chǎn)生的圖像，遠(yuǎn)比人類醫(yī)學(xué)上最現(xiàn)代化的超聲波掃描儀的圖像更清晰。受此機(jī)理的啟示，人類發(fā)明了聲吶系統(tǒng)，安裝在艦艇和潛艇上，在海上作戰(zhàn)時(shí)廣泛使用。

企鵝與極地越野汽車

人類在陸地的交通工具，除了最新式的氣墊車和磁懸浮列車以外，其他各種車輛都離不開一個(gè)關(guān)鍵部件——輪子。在疏松的雪地和沙漠地帶，因?yàn)槟Σ亮μ。囕喼荒懿煌５乜辙D(zhuǎn)，車輛很難前進(jìn)。

可是，在終年漫天冰雪的南極，常常可見蹣跚而行的企鵝，它們?cè)诰o急情況下卻能以30千米/小時(shí)的速度在雪地上飛馳。企鵝之所以能快速滑行，是因?yàn)樗幸惶滋厥獾倪\(yùn)動(dòng)方式：它把肚皮貼在雪地上，并快速蹬動(dòng)雙腳。人們由此得到啟示，制成了一種極地越野汽車。它用寬闊的底部貼在雪地上，用轉(zhuǎn)動(dòng)的輪勺扒雪前進(jìn)，每小時(shí)的速度可達(dá)50千米。這種汽車還可以在泥濘地帶快速行駛。

電魚與伏特電池

自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅魚類就有500余種，人們將其統(tǒng)稱為“電魚”。電魚放電的奧秘究竟在哪里？經(jīng)過對(duì)電魚的解剖研究，發(fā)現(xiàn)在電魚體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器官是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細(xì)胞構(gòu)成的。電魚這種非凡的本領(lǐng)引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚發(fā)電器官為模型，設(shè)計(jì)出了世界上最早的伏特電池，稱之為“人造電器官”。

未解之謎與未來的仿生之路

以上都是人類經(jīng)過對(duì)海洋動(dòng)物的研究之后，模仿其生理結(jié)構(gòu)獲得的成果。而在海洋動(dòng)物中，還有許許多多未解之謎等待著我們?nèi)ヌ剿骱屠谩?/p>

魚類可以依靠魚鰓上的微血管攝取溶解在水中的氧氣，同時(shí)把體內(nèi)的廢氣——二氧化碳排出。而人類卻只能用肺呼吸空氣中的氧氣，無法在水中生存。或許有一天，人們發(fā)明了人造鰓，能像魚一樣吸取水中的氧氣，開啟水下生活的新篇章。

我們知道，地球上有大量的海水，而淡水資源奇缺。由于缺水，地球沙漠化嚴(yán)重。而利用海水提取淡水的費(fèi)用高卻效率低。其實(shí)，大多數(shù)硬骨魚類都有很強(qiáng)的排鹽能力，因?yàn)樵隰~的鰓片上有一器官，它像一個(gè)淡化車間，其淡化效率之高是世界上最先進(jìn)的海水淡化器也望塵莫及的。假如我們能了解這一機(jī)理，不就可以用化學(xué)方法進(jìn)行低成本海水淡化了嗎？

比目魚能分泌出一種乳白色的劇毒液體。一份比目魚毒液，用5000份水稀釋，就足以毒死周圍的海星等小動(dòng)物。當(dāng)大鯊魚進(jìn)攻時(shí)，比目魚放出毒液，使大鯊魚麻痹，張開大口不能合攏。假如人們經(jīng)過研究，合成了這種毒素，就可以利用這種化學(xué)武器來保護(hù)自己。

北極熊的毛發(fā)細(xì)密，在顯微鏡下看是一個(gè)個(gè)中空的透明管，每個(gè)管可以吸收來自太陽的光能，阻止內(nèi)部熱量的散失。而毛發(fā)下黑色的皮膚又可以將穿過毛發(fā)的光能吸收至體內(nèi)。因而，即使在-40℃的北極，北極熊還常常因?yàn)椤按笠隆碧珶岫P在冰上乘涼。假如人們制作出這樣的衣服，不是可以很好地御寒嗎？

有些動(dòng)物有很強(qiáng)的再生本領(lǐng)，如海參、海星、海蟹等。如果把它們的肢體切斷，它們便藏在巖縫中，不用多久，就會(huì)長(zhǎng)出完整的肢體。假如人們能揭開再生本領(lǐng)的謎底，研制出再生肢體，那將是生物學(xué)界的一大飛躍。

今天聽我們講故事的孩子們，未來或許就是相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家和創(chuàng)造者，許許多多的新研究、新科技將在你們的手中誕生。到那時(shí)，可以想象，人們嘴上套著人造腮，直接吸收水里的氧氣；眼睛上戴著根據(jù)鯨、海豚的回聲定位原理發(fā)明的微型超聲波探測(cè)儀，直接在眼前呈現(xiàn)出清晰的立體彩色圖像：身上穿著用于絕熱的橡膠衣裳：隨身裝著小型海水艙以充入或排出海水、自由升降：手里握著根據(jù)劇毒魚類生理機(jī)能發(fā)明的化學(xué)武器以抵御大魚和海獸的襲擊；并攜有一臺(tái)小型微機(jī)和發(fā)聲裝置，隨時(shí)利用它們與海洋魚類和海獸交流對(duì)話……該是多么神奇而美好的景象。我們甚至可以更大膽地設(shè)想，人們直接在海洋中生活，調(diào)遣著整個(gè)水下生命的覓食、繁殖、養(yǎng)殖和捕撈，進(jìn)行海洋“牧場(chǎng)”的放牧工作，為人類未來的生活創(chuàng)造越來越多的機(jī)遇……