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1、大自然是人类的老师 仿生学目 录q什么是仿生学q萤火虫与冷光q鸟儿与飞机q鲸鱼和潜水艇q啄木鸟为什么不会“脑震荡”q青蛙与电子眼q蝙蝠的回声定位与雷达q含羞草为什么会“害羞”呢q牵牛花为什么由蓝色变红色 q人类根据鸡蛋壳的启示创造了什么 什么是仿生学？仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学， 它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科 学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作 原理，并将这些原理移植于工程技术之中， 发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新 技术。说简单点就是将其他动物或植物上的 优点吸取并应用于科技上。 萤火虫人工冷光科学家研究发现，萤火虫的发光器位于 腹部。这个发光器由发光层、透明层
2、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 。萤火虫与冷光萤火虫在夏日夜晚发出的光,和 太阳光以及各种电灯光都不一样。 太阳依靠核聚变来发光,电灯依靠 电流对灯丝的加热,它们在发光时都伴 随有热的产生。因此,人们称它们为热 光源。萤火虫发出的光,是由体内一系 列特殊的化学反应引起的。由于它能 100%地将能量转换成光能, 不产生热 量,人们就称它
3、为冷光源。 萤火虫的特异功能是由它体内所含的荧光 素、荧光酶和氧气相互作用的结果。荧光酶 是一种蛋白质, 是发光的催化剂,在它的作用 下,荧光素便和氧气发生化学反应,形成氧化荧 光素。在这个化学反应中,每氧化一个荧光素 分子就发射出一个光子, 因而反应所产生的能 量全部以光的形式释放出来。 自然界能够发光的生物还有许多种。有一 种甲壳动物, 在它们由干燥变成潮湿的时候, 能发出辉光。第二次世界大战中,日本兵感到 较强的灯光危险性太大,就在干燥的甲壳动物 上吐一点儿唾沫,它发出的光足够阅读一张地 图。生物发光的强度虽然不大,但却给人们研 究新光源以重要启示。2生物与飞机 飞鸟与飞机飞鸟的体形和翅
4、 膀在滑进飞行时 与飞机的飞行极 为相似鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据韩非子记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之， 三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百 多年前，意大利人利奥那多达芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究 鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界 上第一架人造飞行器。 鲸鱼 和潜艇的“鲸背效应” 当代核潜艇能长时间 潜航于冰海之下，但若在冰下发 射导弹 ，则必须破冰上浮，这就碰到了力学上的难题 。潜舴专家从鲸鱼 每隔10 分钟必须破冰呼吸一次中得到启迪，在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑 方面，作了加强材料力度和外形仿鲸背处理，
5、果然取得了破冰时的“鲸背效应” 。 7据科学家测定，啄木鸟在啄食 时，头部摆动速度相当于每小时 2092公里，比时速55公里的汽车快 37倍。它啄木的频率达到每秒15 16次。由于啄食的速度快，因此啄 木鸟在啄木时头部所受冲击力等于 所受重力的1000倍，相当于太空人 乘火箭起飞所受压力的250倍。啄木 鸟啄木时所承受的冲力这样大，那 它为开么不会患脑震荡呢? 原来，啄木鸟的头骨十分坚固 ，其大脑周围有一层绵状骨骼，内 含液体，对外力能起缓冲和消震作 用，它的脑壳周围还长满了具有减 震作用的肌肉，能把喙尖和头部始 终保持在一条直线上，使其在啄木 时头部严格地进行直线运动。 8青蛙与电子眼 为了
6、弄清楚为什么青蛙一定要等飞蛾起飞才发动 攻击，仿生学家对青蛙进行了 特殊的实验 研究。原来，蛙眼视网膜的神经细 胞分成五类，一类只对颜 色起反 应，另外四类只对运动目标的某个特征起反应，并能把分解出的特征信号输送 到大脑视觉 中枢视顶 盖。视顶 盖上有四层神经细 胞，第一层对 运动目标 的反差起反应；第二层能把目标的凸边抽取出来；第三层只看见目标的四周边 缘；第四层则 只管目标暗前缘的明暗变化。这四层特征就好像在四张透明纸上 的画图，迭在一起，就是一个完整的图像。因此，在迅速飞动 的各种形状的小 动物里，青蛙可立即识别 出它最喜欢吃的苍蝇 和飞蛾，而对其他飞动 着的东西 和静止不动景物都毫无反
7、应。 弄清了蛙眼的原理和结构，仿生学家就发明了电子蛙眼。3蝙蝠的回声定位与雷达雷达是一种神奇的电学器具，它由电磁波往返时 间，测得阻波物的距离。假如你问雷达是谁发 明的？在芬克的雷达机械中说，“雷达的发明， 不能专归 于某一位科学家，乃是许多无线电 学 工程师努力研究，加以调准而成。”在战时 ，美 国麻省理工学院由五百位科学家和工程师致力于 雷达的研究。希奇得很，在自然界中，你找得到 神为某种动物所豫备的雷达。在一九四七年一月 号的英国奋勉杂志上，科学家B. Vesey- Fitzgerald 发表了一篇很有趣的文本，给我们解 释蝙蝠在黑暗中如何指导自己飞行，不论如何 黑暗，如何狭窄的地方，绝
8、不碰壁，这是什么原 因？它怎样知道前面有无障碍呢？关于这事有两位 美国生物学家格利芬和迦朗包在一九四年已 经证 明，蝙蝠能够避免碰撞，是藉一种天然雷 达，不过是声波代替电磁波，在原理方面完全 相仿。从蝙蝠口中发出一种频率极高的声波， 超过人类听觉范围以外，二位科学家藉着一种 特制的电力设备 ，在蝙蝠飞行时，将它所发 的高频率声波记录 出来。 这种声波碰到墙上，必然折回，它的耳膜就能分辨障碍物的距离远近，而向适宜方向飞去。蝙蝠 传输 声波也像雷达一样，都是相距极短的时间 而且极有规则 ，并且每只蝙蝠，有其固有的频率， 这样 蝙蝠可分清自己的声音，不至发生扰乱。因这缘 故，蝙蝠飞行之时，常是张口，
9、假如你将它 口紧闭 ，它便失去指挥作用，假如堵上它的耳朵，便要撞到墙上，无法飞行。这个有趣的实验 ， 道破了它的秘密。仿生造型设计原来，在它的叶柄基部有一个膨 大的器官叫“叶枕”，叶枕内生 有许多薄壁细胞，这种细胞对外 界刺激很敏感。一旦叶子被触动 ，刺激就立即传到叶枕，这时薄 壁细胞内的细胞液开始向细胞间 隙流动而减少了细胞的膨胀能力 ，叶枕下部细胞间的压力降低， 从而出现叶片闭合、叶柄下垂的 现象。经过1-2分钟细胞液又逐渐 流回叶枕，于是叶片又恢复了原 来的样子。 羞草的叶子之所以含会出现上述 现象，是一种生理现象，也是含 羞草在系统发育过程中对外界环 境长期适应的结果。因为，含羞 草原
10、产于热带 地区，那里多狂风 暴雨，当暴风吹动小叶时，它立 即把叶片闭合起来，保护叶片免 受暴风雨的摧残，因而逐渐形成 了这一生理现象。 光照：花青素合成需要光诱 导，强光下花青素合成旺盛 ；光质：对于牵牛之类的植 物来说，紫外光有利于花青 素合成；温度：低温有利于 游离糖积累，促进花色素形 成，会使花色变深； 糖类：是合成花色素的能量 来源，也有调节渗透压的左 右。光合作用可能有利于糖 积累；其它因素：如PH值 较高时，花青素为蓝紫色， 而PH较低时为紫红色，牵 牛的花期大概就是一天，随 着花的成熟PH会升高，颜 色变深。 生物与建筑薄壳结构人类根据鸡蛋壳的启示创造了什么？一个人握住一个鸡蛋使
11、劲地捏，可是无论怎样用力， 也不能把鸡蛋捏碎。薄薄的鸡蛋壳怎么这样坚固呢？科学家怀着极大的兴趣研究了这个问 题，终于发现薄薄的蛋壳之所以能承受这么大的压力，是因为它能够把受到的压力均匀（ yn）地分散到蛋壳的各个部分。建筑师根据这种“薄壳结构”的特点，设计出许多既轻便 又省料的建筑物。人民大会堂和北京火车站以及其他很多著名建筑，屋顶都是这种“薄壳 结构”。 仿生造型设计鸟类的蛋具有如此大的承受力,是与它特有的蛋 形曲线和科学的结构分不开的.蛋的结构有3层,外层 为表皮层,又称闪光层,中层为海绵层,内层为乳头层, 不同的鸟类具有不同的3层显微结构. 大自然是我们的老师，只要你真心地大自然是我们的老师，只要你真心地 关注大自然，用心体验大自然，它定关注大自然，用心体验大自然，它定 会给你无穷无尽的启示与激励！以会给你无穷无尽的启示与激励！以 “ “”的启示为题说一段话的启示为题说一段话欣赏有关自然现象给人们带来的哲欣赏有关自然现象给人们带来的哲 理思考。理思考。体验拓展体验拓展谢谢！
