糯米txt论坛☆+100仿生学-第4部分
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环境的改变；对于植物的进化起着决定性的作用。一种完全新颖的植物类型——被子植物；就是在这种形势下诞生的。它一经出现；就非常迅速地在地球大陆上排挤裸子植物而大量地进行繁殖。
对于植物来说；光的作用是一种非常有用的刺激剂。它不仅对于植物茎的大小、形状、生长方向、生长程度以及茎上芽和分枝的产生能起到很大的影响；而且能以直接的光压和辐射能；为植物的生长创造最适宜的条件；促使植物两种最基本的生命活动过程——同化作用（光合作用）与蒸腾作用（水分的吸收和蒸发）顺利的进行。植物生命和光的关系；还表现在其他的许多方面。如植物的开花时节；与光照的关系就很密切：为什么鲜艳华丽的桃花；必须在春回大地、群营乱飞的清明时节开放？
为什么雅致素淡的荷花和灿烂多娇的兰花；必须在炎热的夏季开放？
为什么馥郁芬芳的桂花和瑰丽多姿的菊花；必须在秋高气爽的中秋佳节开放？
为什么清香贞洁的梅花；必须在已是悬崖百丈冰的数九寒天开放？
这种情形的出现除了和温度、水、肥料等因素有密切的关系之外；有关的研究表明；在很大的程度上；光照的周期、光照的颜色对开花的时节；能起到决定性的作用。
生物界的热现象
任何一个化学反应过程；都因为参加反应的物质中；原子最外层电子的运动状态改变而伴随有温度的变化。这个过程中温度的变化可能是负值（吸收热量）；也可能是正值（放出热量）。温度变化是物质分子热运动的表现形式。分子运动愈快；物质温度就越高。生物界的热——动物的体温；主要是由生物能（生命物质的化学能）提供的。这里；我们既不讨论由体内分子热运动所表现出来的能量；也不讨论生命过程中化学能的变化；而主要讨论生物体热力学和生物对热信息的感觉器两个问题。
在炎热的夏天；南方的水牛喜欢到池塘浸泡；鸡会张开嘴不停地喘息；山羊躲藏在树荫下面……这都是因为它们没有汗腺来调节体温。但人们除了寻找和制造凉爽的条件之外；还可以通过汗腺来进行体温调节。
在研究活机体与其环境间的热相互作用的时候；可以沿用工程系统热力学的某些概念。活机体的热力学与化学过程的热力学差别很大；而活机体与热机系统的热力学差别就更大。之所以产生这种差别；是因为被看作热力学系统的活机体不断地发生产热的可逆反应；而非生命热系统中若发生产热；总可以看作是处于平衡的可逆反应。
有些动物的体温；是随环境温度的变化而变化的；这类动物叫冷血动物；有些动物的体温不大受环境的影响；体温保持相对恒定；叫恒温动物。体温是决定活机体内化学反应速度率的一个主要因素；体温升高一度时；基础代谢强度增加7％。大多数高等动物的体温是恒定的；其调节体温不是控制产热；而是调节散热机能。恒温动物的散热主要是以红外线辐射的形式进行；又因为红外线辐射携带大量的信息；于是一些动物（特别是夜行动物）进化出了能接收红外线信息的器官；例如蛇就是利用红外探测器在夜间捕食小鸟的。下面我们就顺便介绍一下动物的体外感受器。
人们发现；蟒蛇科的蛇的唇口和响尾蛇亚科的蛇的颊窝红外感觉器的效率超过了它的视觉；其方向性和选择性比人造红外线探测器精确很多。因此；瞎眼睛的蛇也能根据红外线辐射来追踪和捕获猎物。蛇还能在来自太阳、热石头等干扰场中；识别活的动物；对死鼠则不予理会。可见；生物界的红外装置抗干扰和识别能力是很高的。
感受红外辐射的还有深水乌贼。深水乌贼的热视眼分布在乌贼尾部的整个下表面。当热视眼接收到红外线信息后；引发视觉神经产生脉冲；脉冲信号被送入神经中枢加工、处理。此外；蚂蚁、蚊子也对红外辐射很敏感。研究生物界的红外探测器；探索生物界利用红外感受器接收、加工处理红外线信息的秘密；将有助于研究、设计和制造新型的红外装置；增强人类认识和改造自然的能力。
电光鹰眼
侵略者为向外扩张领土；不断地在边境制造事端。一天拂晓；狡猾的敌人以强大的集群坦克对我边境发起了进攻；我指挥员获取情报后；立即命令高空侦察机飞临敌方上空侦察。
侦察机刚一飞入目标区；就被敌人雷达发现；他们刚要使用高炮射击；侦察机突然跃升至l万米高空；连敌人刚装备的新式防空导弹也望尘莫及。
侦察机在高空启用电光鹰眼系统；地面的河流、山峦、桥梁、建筑物在电光鹰眼的荧光屏上一览无余。突然；飞行员发现公路上出现许多绿色亮点；侦察员调节仪器精心观察；荧光屏上显示出一群正在缓慢爬行的坦克；于是立即把这一情况报告给司令部。不到10分钟；空军强击机群立即起飞；据空中侦察员提供的方位；很快捕捉到了目标；还在坦克群毫无察觉中；装有电光鹰眼系统的导弹纷纷射击；顿时；一团团火球四起；先头坦克当即被击毁；后尾坦克也被击中；其余车辆前进不能；后退不得；只好等着挨打。不到1小时；敌坦克群全部被歼。
在这场战斗中；立下大功的电光鹰眼就是仿照鹰眼的结构原理制成的。
鹰眼有两个中央凹；一正一侧；其中正中央凹能接收鹰头前面的物体像。中央四中的光感受器叫视锥细胞；它的密度高达每平方毫米100万个；比人眼的密度要高677倍。感光细胞越多；分辨物体的本领就越大。此外它还有叫做梳状突起的特殊结构、能降低视觉细胞接收的强光。所以；在强光下鹰眼不用缩小瞳孔；也不感到眼花；而仍然具有很高的视觉灵敏度。
由于具备这些特点；鹰眼能在空中迅速准确地发现和识别地面目标；井能判断出目标的运动方向和速度大小；这是人眼和普通雷达都望尘莫及的。
因此；人们根据鹰眼结构制造出了电光鹰眼系统；这种电子光学装置配备有装上望远镜的电视摄像机和电视屏；飞行员在高空中只要盯住电视屏；就可以在飞机上看到宽阔的视野中的所有物体。
生物界化学现象的启迪化学仿生学简介
仿生学是一门妙趣横生的科学；它既古老又年轻。说年轻；是因为它在1960年才正式成为一门科学；历史还不长；说古老；是因为几千年前就有人模仿生物的特点来制造工具。传说我国古代有个叫鲁班的木工；模仿茅草边缘的缺口制成了锯子。近百年来；人类向生物取得的学习成就就更多了；例如飞机仿蜻蜓、潜水艇仿鱼、雷达仿蝙蝠等。这种对生物体形和机能的模仿是物理（机械）仿生学研究的领域；这是人类第一次向生物学习。
科学的发展日新月异；生物学进入了分子生物学的时代。从分子水平上看；生物本领之大；更是人们见所未见；闻所未闻。于是科学家们又开始x向生物学习化学功能；这是人类第二次向生物学习。这次学习使人们在生物学、化学等领域创造了数不清的奇迹；形成了一门新的科学——化学仿生学。
生物体内的魔术师——酶
生物体内有一种奇妙的蛋白质叫做酶；生物体内发生的一切化学反应都是在酶的催化作用之下实现的。酶是一种催化剂。
说起催化剂；少年朋友们也许会感到陌生；举个例子就明白了。一块糖用火是烧不着的；可是；如果在糖块的一角撒一些烟灰；一点火；糖便可以烧起来。烧完以后；烟灰还是烟灰；并没有变化。在这里；烟灰起了催化剂的作用。催化剂能促进化学变化；但是在化学变化的前后；它本身的量和化学性质并不改变。酶在生物体内；也能起促进化学变化的作用；所以我们可以把它叫作生物催化剂。
酶是1815年由一个俄国人发现的。但是；人类有意识的利用酶的历史则要长得多。我们的祖先远在4000多年前就知道利用霉菌的淀粉酶来酿酒。我国是世界上第一个使用酶的国家。
酶字的一半是〃每〃字；正巧说明了最早的酶是从霉菌来的；也说明了酶的广泛存在和广泛用途。〃每〃种生物；〃每〃个器官；〃每〃个细胞里都有酶；生物体内的〃每〃种生化反应都需要酶。酶的品种很多；像个小王国；目前的〃人口〃有两千左右。它们分工严格；专一性很强；一种酶品只能催化一种反应；就像一把钥匙只能开一把锁一样。
人和动物身体里有着各种各样的酶。一条蟒蛇囫囵吞下一只完整的小动物；居然能把它消化掉；这就是酶的作用。酶把这只小动物的身体分解成几种化学成分；又把它们重新组合；变成蛇的肌肉。这情形就像一队建筑工人拆了一栋旧房子；然后又利用拆下来的砖瓦和木料建成一栋新房子一样；在这一拆一建之中；酶立下了汗马功劳。
由于酶有这样奇妙的本领；科学家们研究酶的秘密；想要造出一种具有酶的功能而又比酶稳定的人工催化剂。
前几年；有个叫凯富尔的人；成功地模拟了硫酸酯酶（也就是说；他用人工的方法造出了硫酸酯酶）。据试验；它的本领比天然的硫酸酯酶还要大；这是模仿酶而又超过酶的第一个例子。后来；又有人成功地模拟了过氧化氢酶和血红蛋白。血红蛋白有可能用于人工肺中；以挽救垂危的病人；也可以给登山、长跑运动员、潜水员带来方便。
有一种酶叫固氮酶；模拟这种酶现在已经成为农业科学的重要课题。大家知道；各种庄稼在生长过程中都需要大量的氮肥；空气中本来就有大量的氮；可惜大部分庄稼都不能从空气中直接吸收；需要人工施肥；只有大豆、花生等豆科植物例外。这是因为；它们的根部有大批根瘤菌；根瘤菌里的固氮酶能利用空气中的氮合成氨；供给植物吸收。
固氮酶这东西远在1893年就被人发现了；但是要人工造成这种酶很不容易；科学家们经过几十年艰苦卓绝的努力；才制成了有固氮本领的模拟酶。
它们在室温（一般指摄氏15度到25度的温度）和常压下；几秒钟内就可以使空气中的氮和水中的氢直接结合成〃联氨〃；联氨经过加温以后可以释放出氨；供植物吸收。氨是植物的〃粮食〃；也是化学工业的基本原料；不远的将来；当人们能够大量生产固氮酶的时候；氨的产量也会大大增加。到那时候；化学工业和农业生产一定会飞速发展；出现魔术般的奇迹。
15
奇异的人工生物膜
我们的身体是细胞构成的；动物、植物、微生物的身体也是细胞构成的；细胞是构成一切生物体的基本单位。细胞的形状多种多样；不过它们的构造却是一样的；一般由细胞核、细胞质和细胞膜组成。这三部分各有各的作用；现在单说细胞膜。
细胞是有生命的东西；每个活细胞都需要从外界吸收它所需要的物质。
谁来完成这个任务呢？就是细胞膜。它好比是细胞的〃采集员〃和〃运输员〃。
它对细胞外围的物质并非什么都要；而是严格挑选。不是细胞需要的东西；它就拒绝接受；不准通过；凡是细胞需要的东西；它就努力搜集；并且运送到细胞内部。例如；海带的细胞膜就有从海水中摄取碘的本领；一般干海带里含碘0。3％～0。5％；有的可高达1％；比海水里含碘的浓度高出几万倍到十几万倍。有一种石毛藻的细胞膜有摄取铀的本领；海参的细胞膜是钒的收集者。如果我们把生物细胞膜的这种本领学到手；意义极大！它可以用干海水淡化、污水处理、气体分离、海洋资源的开发利用、微量元素的摄取等方面。
目前；模拟生物膜已经发展成为一门新技术；并且取得了不少成就。举例来说：载人宇宙飞船飞上天以后；由于宇航员的呼吸作用；座舱里的二氧化碳越积越多。过去是没有什么办法处理的；现在发明了一种人工生物膜；它可以把氧从二氧化碳中分离出来；消除座舱中的二氧化碳。还有；潜水员不带氧气瓶下水；就不能在水下长时间工作。为了解决这个问题；科学家正在研制一种人工生物膜；现在已经制出了样品；并且用老鼠做了一次试验。老鼠装在用这种膜封闭起来的笼子里沉入水中；居然能照常生活。原来；通过这种膜；水中的氧气可以进入笼中；老鼠呼出的二氧化碳；又可以通过这种膜排进水里。氧气可进不可出；而二氧化碳则是可出不可进；你看多么奇妙！
也许用不了多少年；潜水员就可以用上这种人工生物膜。
转换能量的高手提起能源；人们就会想到煤炭、石油等；其实；生物自身也可以产生能；还能够把一种能转换成另一种能；而且转换效率很高。
为了说明这个问题；我们用磨面这件事做例子：磨面机是由电动机带动的；电是从发电厂送来的；发电机是蒸汽推动的；蒸汽是锅炉里产生的；而锅炉是用煤作燃料的。这个过程就是能量转换过程。下面就是这个过程的示意图：
在这个过程中、煤的化学能量经过了三次转换；每一次转换；都要损失一些能量；转换效率大约是40％。
人力也能磨面；不过；人的能源物质不是煤而是食物。人吃了食物；经过酶的消化作用变成葡萄糖、氨基酸等；再经过氧化作用；变成一种可以产生能量和储存能量的物质——腺三
