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人与自然 系列丛书-第185部分
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人类是大自然的主人，这并不是说人在所有的方面都高于一切生物。
从身体条件来看，人比许多动物都差。在力气上，人比不上和他身体同样大小的大多数动物。和动物相比，人的走路显得格外笨拙，人跑不过鹿、狗和兔子，跑不过其他许多动物。在看东西、听声音、嗅气味等感觉能力上，人也只能甘败下风，比许多动物确实差得很远。
当想到许多生物的身体在进化过程中所获得的完美结构和具有的特殊本领时，人们更不能不为之赞叹。鱼儿和许多水生生物游得那么棒；鸟儿和有翅昆虫飞得那样美；冬眠的刺猬可以睡上200多天，不吃也不喝；蝙蝠不用眼睛，什么都能“看”得见；秋去春来的小燕子，长途飞行几千里，可它从来不迷路。。到了近代，特别是20世纪中期，随着科学技术的蓬勃发展，使人们对生物界的认识深入了一大步。生物界所具有的精确可靠的定向、导航、探测、控制调节、能量转换、信息处理、生物合成、结构力学和流体力学等生物系统的新型机能原理，使工程技术人员的耳目为之一新。许多部门的工程师们开始积极主动地带着技术设计中的难题，到生物界中去寻找答案。生物学家们也开始有意识地为技术部门提供有价值的研究成果。这样，就在生物科学与工程技术两门学科的相互渗透、紧密结合的基础上，产生了一门新的边缘科学——仿生学。
兽类与人工发汗材料
兽类在散热方面有一系列的适应机制。例如有的动物是依靠减少体毛，增大皮肤表面积来实现的。如大象无毛，体表皮肤多皱纹，耳朵特别大，从而大大增加散热面。更多的动物是靠出汗来散热的。马皮肤中的汗腺特别丰富，奔跑中通过出汗可散发大量的热量。狗虽无汗腺，但它会伸出湿润的舌头靠喘气来散热；河马是耳朵内流汗散热；牛则通过口、鼻和脚趾间流汗散热。多数兽类全身皮肤都有一些汗腺。兽类出汗可散发大量热量的机理已启发科学家设计出了一种“人工发汗材料”，它能作为高效的耐高温材料。现已研制出一种含有金属的陶瓷材料，当温度升到一定范围时，金属就会熔化，进一步汽化蒸发，就如出汗一样带走大量热量，从而保护材料在高温下不致被烧毁，保持外形尺寸不变。这种材料在航天等领域内有特殊用途，现已投入了应用。
响尾蛇与导弹
在美洲、澳洲、非洲的某些地区里，常会听到一种“嘎啦嘎啦”的声音，没有经验的人以为这是溪水发出来的流水声，可是在这声音的四周，却没有小河溪。原来这不是什么流水声，而是由一种毒性极强的蛇，用它尾巴剧烈地摇动而发出的响声。这就是大名鼎鼎的“响尾蛇”。
为什么它的尾巴会发出响声呢？
大家在观看篮球比赛时，注意到裁判吹的哨子了吧！它是一个铜壳子，里面装上一层隔膜，形成两个空泡，当人用力吹时，空泡受到空气的振动，就发出响声。响尾蛇尾巴也有类似的构造，不过它的外壳不是金属，而是坚硬的皮肤形成的角质轮。由这种角膜围成了一空腔，空腔内又用角质膜隔成两个环状空泡，也就是两个空振器。当响尾蛇剧烈摇动自己尾巴时，在空泡内形成了一股气流，随着气流一进一出地返回振动，空泡就发出一阵阵声音来了。
角质轮的生长不是很有规律的，但据动物学家认为，大致上是一年长两轮。因此，根据轮的多少，就可以比较正确地判断出它的年龄来。
响尾蛇的角质轮所发出的声音，很像溪流的水声，用这种响声来引诱口渴的小动物，所以这也是一种捕食的方法。但是也有人认为，响尾蛇不会对敌人发出怒吼的噪声，于是只好用角质轮发出的响声来代替。另外，还有人认为这是蛇招呼蛇的信号。
响尾蛇经常捕捉耗子等小动物作为食物。奇怪的是，它的眼睛已经退化得快要成为瞎子了，怎么还能捉住行动那样敏捷的耗子呢？
科学家经过观察研究发现，响尾蛇的两只眼睛的前下方，都有一个凹下去的小窝，这是一种特殊的器官——探热器，能够接受动物身上发出来的热线——红外线。这种探热器反应非常灵敏，温度差别只有1％摄氏度，它就能感觉到。所以，只要有小动物在旁边经过，响尾蛇就能立刻发觉，悄悄地爬过去，并且准确地判断出那个猎物的方向和距离，窜过去把它咬祝美国有一种“响尾蛇空对空导弹”，上面有一套“红外导引”装置。在导弹上装上这种装置，就是从响尾蛇的“探热器”得到了启发。飞机的发动机温度很高，发出很强的红外线。“响尾蛇空对空导引”是在飞机上发射的，靠“红外线导弹”装置，能自动跟踪发出红外线的敌机，直到把它击中。
目前，人们制造的“红外导引”装置，只能感应5％摄氏度的差别，而且构造要比响尾蛇的复杂得多。
蜂窝与太空飞行器
航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等太空飞行器，要进入太空持续飞行，就必须摆脱地心引力，这就要求运载它们的火箭必须提供足够大的能量。
要把地球上的太空飞行器送到地球大气层外，至少要使该飞行器获得7。9公里/秒的速度，此即第一宇宙速度；而要使飞行脱离地球，飞往行星或其他星球，则需达11。2公里/秒的速度，此谓第二速度。
为了使太空飞行器达到上述速度，运载火箭就必须提供相当大的推力。
因为运载火箭上带有推进剂、发动机等沉重的“包袱”。按目前航天技术水平，平均发射1公斤重的人造卫星就需要50～100公斤的运载器，反之，太空飞行器自身重量越轻，也就可大大减轻运载火箭身上的“包袱”，也就能使太空飞行器飞得更高、更远。
为减轻太空飞行器的重量，科学家们绞尽脑汁，与太空飞行器“斤斤计较”。可要减轻飞行器重量，还要考虑不能减轻其容量与强度。科学家们尝试了许多办法都无济于事，最后，还是蜂窝的结构帮助科学家解决了这个难题。
大家都知道，蜜蜂的窝都是由一些一个挨一个，排列得整整齐齐的六角小蜂房组成的。18世纪初，法国学者马拉尔琪测量到蜂窝的几个角都有一定的规律：钝角等于109°28′。锐角等于70°32′，后来经过法国物理学家列奥缪拉、瑞士数字家克尼格、苏格兰数学家马克洛林先后多次的精确计算，得出如下结论：消耗最少的材料，制成最大的菱形容器，它的角度应该是109°28′和70°32′，和蜂房结构完全一致。但如果从正面观察蜂窝，蜂房是由一些正六边形组成的，既然如此，那每一个角都应是120°，怎么会有109°28′和70°32′呢？这是因为，蜂房不是六棱柱，而是底部由三个菱形拼成的“尖顶六棱柱形”。我国数学家华罗庚经精确计算指出：在蜜蜂身长、腰周确定情况下，尖顶六棱柱形蜂房用料最剩蜂窝的这种结构特点不正是太空飞行器结构所要求的吗？于是，在太空飞行器中采用了蜂窝结构，先用金属制造成蜂窝，然后再用两块金属板把它夹起来就成了蜂窝结构。这种结构的飞行器容量大，强度高，且大大减轻了自重，也不易传导声音和热量。因此，今天的航天飞机、宇宙飞船、人造卫星都采用了这种蜂窝结构。
科学发展就是如此，有时看起来高不可攀的难题，只要开动脑筋，善于从日常生活中觅取线索，可能就会迎刃而解。小小的蜂窝，似乎与伟大的航空航天事业风马牛不相及，但仿生学却将它们紧密地联系在了一起，推动了人类社会的发展与科技的进步。
䲟鱼与吸锚
在我国南海和非洲沿海，生活着一种奇怪的鱼。它身体较长，一般为80厘米，头部宽而扁，“后脑壳”上长着一个椭圆形的吸盘，盘边有齿状褶皱，就像一枚图章，因此人们管它叫䲟鱼。
䲟鱼常利用头上的特殊吸盘，把自己吸附在鲨鱼、鲸、海豚、海龟甚至轮船船底，然后毫不费力地到处旅游。尤其对鲨鱼，䲟鱼更经常“乘坐”，因为，附在鲨鱼身上，可以狐假虎威，免遭大鱼的袭击，还可以分享鲨鱼狼吞虎咽之后的残羹。当然，对鲨鱼来说，䲟鱼吸附在它身上没有什么好处，也没有什么太大的坏处，因此，也就懒得理它，听其自然了。
䲟鱼吸附在附着物上很牢固，以致渔民们可以用䲟鱼“钓鱼”。15世纪，哥伦布发现新大陆时，在古巴就看到当地人用这样的方法捕鱼：将䲟鱼的尾巴系上一根长绳子，然后饲养在小海湾围成的鱼塘里；当海面上出现鲨鱼或金枪鱼时，就将䲟鱼放入海中；䲟鱼吸附在鲨鱼或金枪鱼身上时，将绳子拖回，就逮住了鱼。这种捕鱼方法，现在在我国南海沿海、加勒比海等处仍为渔民所采用。
䲟鱼的吸盘为什么会牢牢地吸附在附着物上呢？
原来，䲟鱼的吸盘中间有一纵条，将吸盘分隔成两块，每块都有规则地排列着22—24对软质骨板，这些软质骨板可以自由竖起或倒下，周围是一圈富有弹性的皮膜。当贴在附着物上时，软质骨板就立即竖直，挤出吸盘中的海水，使整个吸盘形成许多真空小室。这样，借助外部大气和水的巨大压力，䲟鱼就牢牢地吸附在附着物上。
科学家从䲟鱼吸盘的原理中得到启发，发明了“吸锚”这种“吸锚”。
对船只停泊、打捞沉船等都很有用。
海豚与水下回声探测器
海豚不仅以快速游泳著称，而且不管白天黑夜，水质清澈混浊，都能准确地捕到鱼，这是因为海豚具有超声波探测和导航的本领。无线电波在水中会被吸收，故无线电探测装置在水下无用武之地，相反超声波却在水下能远距离传播，且传播速度是空气中传播速度的4倍半，因此水下超声波探测装置的效能极高。海豚没有声带，其声音源来自它头部内的瓣膜和气囊系统，海豚把空气吸入气囊系统，连接它们的瓣膜，空气流过瓣膜的边缘发生振动，便会发出声波。海豚头的前部还有“脂肪瘤”，它紧靠瓣膜和气囊的前面，起着“声透镜”的作用，能把回声定位脉冲束聚焦后再定向发射出去，因此海豚的定位探测能力极强。它能分辨3公里以外鱼的性质；能侦察到15米外混水中2。5厘米长的小鱼。现在模拟的海豚回声探测器已用于海洋舰船的航行，帮助轮船绕过浅滩和暗礁，探测海底深度，搜索潜艇，寻找打捞沉船，导航和探测鱼群等。潜水员随身携带的轻便回声探测器也已经诞生，利用耳朵就能探测水下的目标，就好像长了“第六种感觉器官”一样。
动物“淡化器”与海水淡化
电影《上甘岭》中有一组令人动容的镜头：坑道中的中国人民志愿军战士已两天没有水喝了，一个个都渴得口干唇裂，连吞咽都感到困难。为了夺取反攻的胜利，指导员命令战士们以惊人的毅力去吃饼干。战士们每咽下一口饼干都要费好大的劲，忍受着喉咙撕裂般的疼痛，小小的一块饼干，也不知要吃多久才能把它吃完。如果这时送来一口水，实在要比那饼干好得多。
由此可见口渴比饿更难熬。1920年麦克斯威奈在为爱尔兰独立的斗争中被逮捕，他在狱中绝食以示抗议。最终他饿了74天而牺牲。当然，在这74天内他必须喝水。如果没有水喝，他几天也活不成。因为生物体内含量最多的是水，一切正常的生命活动都是在水中进行的，没有水，养料不能吸收，废物不能排出。口渴就是表明生物体已经失去一部分水，并刺激生物去补充水。
地球上的水并不少，海洋面积就占地球总面积的71％，陆地面积仅占29％，而且其中还包括了许多江、河、湖、泊、溪、涧等。地球上的水97。2％是海水，海水中溶解有复杂的化学成分，每升海水所含的各种离子、分子和化合物的总量（矿化度）在3克以上的是咸水。航海者都知道海水是不能喝的。海水非但苦涩，难以下咽，而且越喝越渴。所以远航必须带足淡水，途中补充给养时，第一件事就是补足淡水。由于海水含有大量的盐类，就连用来灌溉农作物也不能。因此，生物体能直接利用的是矿化度每升小于1克的淡水。主要分布在江、河、湖、泊、地下水、高山积雪和冰川等。仅占全球总量的2。8％。随着现代工业、农业的飞快发展和人民生活需要用水量的日益增加，如果不注意节约用水，再肆意破坏水的资源，那么地球上淡水的危机就会到来。为了避免这种灾难的发生，人们一方面要节流，另一方面要开源。首先想到的当然是海水淡化。设法将海水脱除盐分变为淡水。世界上许多国家都建立了海水淡化工厂。通常用的传统方法是蒸馏法，使海水急速蒸发，蒸发产生的水蒸气冷凝后得到淡水。目前采用的一些新方法是从一些动物中得到启示而研制成功的。
有一种海鸟叫信天翁，分布于太平洋，冬季也可见于我国东北及沿海各地。成熟的信天翁全身纯白，仅翼端及尾端呈黑色，翅膀很长，伸展开来，两翅可达3。6米。它们能一连数月，甚至成年在海上生活，累了在水面上歇息，饿了捕食海中的鱼，喝的当然是海水，因为它们只有在繁殖的时候才返回荒岛和陆地。信天翁能喝海水当然会引起人们的注意，人们急于了解它们是怎样解决海水中的盐分问题。经过研究，发现信天翁的鼻部构造与其他鸟类不同，它的鼻孔像管道，所以称为管鼻类。在鼻管附近有去盐腺，这是一种奇妙的海水淡化器，去盐腺内有许多细管与血管交织在一起，能把喝下去的海水中过多的盐分隔离，并通过鼻管把盐溶液排出。以后人们相继发现许多海洋动物都有把海水淡化的本领，如海燕、海鸥、海龟和海水鱼等。
海水鱼终生生活在海水里，喝的当然是海水，而且全身都浸没在海水中，它们又是如何解决海水中的盐分的问题呢？人们当然也不会放过对这一问题的研究。水生动物的体表通常是可渗透的，鱼体内的渗透压和水环境的渗透压差别很大，鱼类与体外水环境的水分动态平衡是通过渗透压调节和体液中盐分含量的渗透作用调节来维持的。海水盐量高，海水硬骨鱼血液和体液的浓度比海水要低，因此体内水分就会不断地从鳃和身体其他表面渗出，为的是保持体内水分代谢的动态平衡。一方面海水鱼必须大量吞饮海水，这样体内盐分就会增加。那么，又如何解决这个矛盾呢？海水硬骨鱼的鳃部有一种特殊的能分泌盐类的细胞，把过多的盐分排出体外；另一方面，海水硬骨鱼肾脏的肾小球的数量很少，肾小管重新吸收水的能力强，从而使排尿量减少到最低限度。
就现有的研究材料来看，这些海洋动物虽然各有自己的海水淡化器官，把喝进去的海水盐分排出体外，但是这些“淡化器”基本上都是用细胞的半渗透膜来脱盐淡化海水的；如口腔膜、内腔膜、表皮膜和鳃微血管膜等都是细胞膜，通常称为生物膜。它们喝进海水后，首先在口腔内通过吸气对腔内不断加压，压力差使一部分水渗过�
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