人与自然 系列丛书- 第256节

乌贼与喷水船　
　　乌贼的游泳方式很有特色，素有“海中火箭”之称。它在逃跑或追捕食物时，最快速度可达每秒15米，连奥林匹克运动会上的百米短跑冠军也望尘莫及。它靠什么动力获得如此惊人的速度呢？经过长期的观察和研究，人们终于发现了其中的奥妙。在乌贼的尾部长着一个环形孔，海水经过环形孔进入外套膜，并有软骨把孔封祝当它要进行快速运动时，外套膜猛烈收缩，软骨松开，水便从前腹部的喷水管急速向后喷射出去，顿时产生很大的推力，使乌贼像离弦之箭冲刺前进。人们根据乌贼这种巧妙的喷水推进方式，设计制造了一种喷水船。用水泵把水从船头吸进，然后高速从船尾喷出，推动船体飞速向前。另外，采用喷水推进装置具有速度快、结构简单、安全可靠等优点。　
　　以往的船舶螺旋浆是在水里转动而产生推动力的，它只能在深水中运用，而喷水推进船在1米深的水中便能畅通无阻。就速度而言，采用喷水推进的喷水船可达30米/秒。这种原理用于气垫船，可使其航速达40米/秒。　
　　喷水推进器在水中的噪音很小，敌方水下探测系统不易侦听，同时对自身携带声纳的干扰也校所以采用喷水推进的潜艇和鱼雷，对于搜索和接近敌方都极为有利。　
　　乌贼与烟幕弹　
　　乌贼有施放“烟幕弹”的杀手锏。原来，在乌贼体内长有一个墨囊，里面贮满了浓黑的墨汁。每当它突遇强敌，无法逃脱之时，就立刻喷出一股浓墨，把周围的海水染成一片漆黑。在对方惊慌失措的一刹那，它便趁机溜之大吉。乌贼的这一招启迪了人们的思想，在现代海战中，交战双方为了掩护己方舰船的进攻或撤退，就经常施放烟幕弹。　
　　乌贼与未来神秘衣　
　　乌贼的背皮上有黄、黑、橙黄等色素细胞。这些色素细胞的周围有放射状的纤维肌丝，可使色素细胞放大或缩校在神经系统的支配下，乌贼能随心所欲地把身体的颜色变换得和周围环境一模一样。其变色速度之快，配景之巧，就连魔术师也会自叹不如。乌贼就是靠着这种变色隐身技能，在危急时刻摇身一变，使“敌人”即使近在咫尺也无法辨其所在。这比军服的颜色、火炮上的伪装网、坦克及军舰的保护色的隐蔽作用更佳，如能模仿乌贼的变色技巧，制造出随景变色的“神秘衣”或其他伪装装置，这在军事上将会有更重大的价值！




萤火虫与照明光源　
　　晋朝车胤年轻时家境贫困，经常没有钱买灯油，但他又是个勤奋好读书的人，为了夜间也能看书，在夏天他捕捉了数十只萤火虫，放入一个囊内，借萤火虫发出的荧光读书，通宵达旦。于是，车胤囊萤夜读也就被后人用作勤奋读书的典故。　
　　萤火虫会发光，很多人都知道。在夏季的夜晚，走到庭园或田野去，当你看到一闪一闪的流萤飞舞在灌木丛的上空，就像一盏盏小灯笼，可能会脱口喊出“萤火虫”三个字来。萤火虫发光是为了照明吗？不是，它的发光是作为一种招引异性的信号。停在叶片上的雌萤火虫见到飞过的雄萤火虫发出的荧光后，立即放出断续的闪光，雄萤火虫见了就会朝它飞去。　
　　在自然界除了萤火虫外，会发光的生物很多。动物界大约有1/3含有发光生物；海洋中会发光的细菌已知有70余种。热带和温带海面上出现的“海火”奇观，就是无数发光细菌聚集在一起放出的光所致。当然夜光虫更是“海火”的生成者。在某些深海水域，几乎95％的深海鱼类都会发光，一种斧头鱼，身体只有5厘米长，浑身透明，具有一系列的发光器，它在光线难以透进的深海中发光扩散而照亮了一定的范围，使得斧头鱼能在黑暗中认别同类，群聚或寻找对象。其实人本身也能发光，当然放出的光绝不会像神话小说中所描述的那样头上有光环，而是放出肉眼所不能见到的超微光。　
　　人们对发光生物发出的生物光产生了浓厚的兴趣，这是因为：（1）生物光的效能实在太高。古书《古今秘苑》记载有：古时我国渔民用百多只萤火虫装入一个吹胀的羊膀胱内，将它结扎在渔网底下，就能招来鱼群，从而提高捕鱼量。数十只萤火虫装入囊中放出的光量就能解决车胤的夜读照明问题。据测定，一个发光细菌所发出的光相当于1。9×10…14烛光。如此高效能的光源是不会不被人们注意的；（2）爱迪生发明了电灯，取代了用火照明。　
　　电灯无烟，光亮而且安全。但是，当你靠近开亮的电灯泡，就会感觉到热，愈是接近愈觉得热，这说明电只有使灯泡的钨丝烧热才能发光，而且大部分能量都以红外线形式转变成热散发了。此外，这种热线对人眼是无益的，而生物光是目前已知唯一不产生热的光源，因此也叫“冷光源”，其发光效率可达100％，全部能量都用在发光上，没有把能量消耗在热或其他无用的辐射上，这是其他光源办不到的。　
　　人们研究生物光，虽然对生物发光的机制还了解得不多，但就现有的研究和了解，已取得一定的效益。通过对萤火虫的研究，已知萤火虫约有1500多种，各自发出不同的光，作为自己特有的求偶信号，不同种之间不会产生误会。萤火虫的发光部位是在腹部，那里的表皮透明，好像一扇玻璃小窗，有一个虹膜状的结构可控制光量，小窗下面是含有数千个发光细胞的发光层，其后是一层反光细胞，再后是一层色素层，可防止光线进入体内。发光细胞是一种腺细胞，能分泌一种液体，内含两种含磷的化合物；一种是耐高热，易被氧化的物质叫荧光素；另一种不耐高热的结晶蛋白叫荧光酶，在发光过程中起着催化作用。在荧光酶的参与下，荧光素与氧化合就发出荧光，氧是从营养发光层的血管进入发光细胞的。由于血管随着它周围肌肉收缩而收缩，当血液中断供应时，氧就不能到达发光细胞，荧光也随之熄灭。生物发光需要氧，是英国学者波义耳在试验基础上发现的。波义耳将装有发光细菌瓶的中空气抽出，细菌立即停止发光。将空气重新注入，细菌又马上发光。　
　　后来才知道是空气中含氧所致。发光反应所需的能量是来自一种存在于一切生物体内的高能化合物，叫三磷酸腺苷，简称ATP。美国约翰·霍普金斯大学的研究人员将萤火虫的发光细胞层取下，制成粉末，将它弄湿就会发出淡黄色的荧光，当荧光熄灭时，若加入ATP溶液，荧光又会立即重现。说明粉末中的荧光素可被ATP激活。因此，荧火虫每次发光，荧光素与ATP相互作用而不断重新激活。　
　　生物发光和光合作用都是“电子传递”现象。有人认为生物发光好像是光合作用的逆反应。光合作用是绿色植物吸取环境中的二氧化碳和水分，在叶绿体中，利用太阳光能合成碳水化合物，同时放出氧气。光能从水分子上释放电子，并把电子加到二氧化碳上，产生碳水化合物，这是一个还原过程。　
　　光合作用把光能转变成化学能，而生物发光是电子从荧光素分子上脱下来和氧化合，形成水，产生光。生物发光是将化学能转变成光能。　
　　人们研究生物光是为了利用它，这种冷光源效能高、效率大、不发热、不产生其他辐射、不会燃烧、不产生磁场等特点，对于手术室、实验室、易燃物品库房、矿井以及水下作业等都是一种安全可靠的理想照明光源。人们还可以设法模仿发光生物把一种形式的能量转换成另一种形式的能量，制造冷光板，使其不需要复杂的电路和电力，就能白天吸收太阳光，到晚上再将光能放出来。　
　　人们先是从发光生物中分离出纯荧光素，后来又分离出荧光酶。现在已能人工合成荧光素，这就使人类模仿生物发光创造出一种新的高效光源——冷光源成为可能。但是，人们对生物发光的认识还很肤浅，就拿研究得较多的萤火虫来说，萤火虫发光是为了交配，然而萤火虫的卵刚产下时，内部也发着光，萤火虫幼虫也会发光，这些又是为什么？它们是怎样发光的？人们都还不了解。因此，人类对生物发光研究得越清楚，对于创造这种新光源必然会越有利。




蝴蝶与温控系统　
　　如果你有机会参观美国航天器博物馆，那里的讲解者将向你介绍，在解决人造地球卫星的温度控制方面，蝴蝶立下了“汗马功劳”。原来有一种蝴蝶的身体表面覆盖有一层细小的鳞片。当阳光直射，气温升高时，这些鳞片就会自动张开，以减小太阳光照射的角度，对太阳光能量的吸收随之减少；当外界气温下降的时候，这些鳞片又会自动地闭合，紧贴住蝴蝶的体表，让太阳光直射在鳞片上，从而使蝴蝶能吸收更多的太阳光能量。这样，蝴蝶就可以在外界空气有较大变化的条件下，仍然使自己的体温控制在一个正常的范围之内。　
　　人造地球卫星在太空中遨游，它和太阳、地球的相对位置每时每刻都在发生着变化。就拿一颗离地球300公里左右的轨道上运行的人造卫星来说，大约在65％～70％的时间内，它所处的轨道位置可以受到太阳光的强烈辐照，以致使卫星的温度有可能上升到摄氏一二百度；在其余的时间内，卫星将在地球的阴影区内运动，由于没有太阳光能量的辐射，卫星的温度有可能下降到摄氏零下一二百度。　
　　为了不让卫星内部的各种仪器冻坏或烧毁，必须对卫星采取各种控温措施。其中有一种控温系统就与蝴蝶调节体温结构有着异曲同工之妙。这种控温系统外形很像百叶窗，每扇叶片的两个表面的辐射散热能力不同，一个很大，而另一个非常校百叶窗的转动部位装有一种对温度很敏感、热胀冷缩性能特别明显的金属丝。当卫星温度急剧升高的时候，金属丝迅速膨胀，立即使叶片张开，辐射散热能力大的那个表面朝向太空，帮助卫星散热降低温度；当卫星温度突然下降的时候，金属丝会马上冷缩，并使每扇叶片闭合，让辐射散热能力小的那个表面暴露在太空，抑制卫星的散热，起到控温的作用。




蛙眼与电子模型　
　　蛙眼是十分敏锐的，对运动物体简直是“明察秋毫”。然而，对静止不动的东西它却“视而不见”，似乎变得“眼大无神”了。但这并不是它的缺陷，而正是蛙眼视觉机能的独到之处，是它适应其特定生活环境所形成的一套特殊本领。正是靠了这双眼睛，青蛙才能准确地捕食和逃避敌害，得以在地球上生存了200万年。　
　　科学工作者们经过深入地研究，发现蛙眼具有四类感觉细胞，即四种“检测器”，它们分别负责辨认、抽取视网膜图像的不同特征。这样，就把一个复杂的图像分解成了几种易于辨认的特征，同是传送到大脑的视中枢——视顶盖。在视顶盖，视神经细胞按自上而下的顺序也分成四层：上层的“反差变化检测器”神经元，抽取图像的暗前缘和后缘；其次是“运动凸边检测器”，检测朝视野中心运动的暗凸边；再下是抽取静止和运动图像边缘的“边缘检测器”；最下层的“变暗检测器”抽取运动图像暗前缘。每一层都产生图像的一种特征，这四层里的特征叠加在一起，经过综合，青蛙便看到了原来的完整图像。　
　　根据蛙眼的视觉原理，借助于电