书城科普读物科学伴你行-奇特的生物绝招
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第1章 飞禽走兽的启示(1)

变色动物的启示

自然界中有一种叫做变色龙的动物,它就是能改变身上颜色的蜥蜴。这种变色动物依靠自身皮下的多种色素块,能随时随地根据需要改变身体颜色,以便捕食和躲避外敌的袭击。变色龙的变色实际上是一种伪装武器,用来弥补自身行动迟缓的缺陷,使其得以逃脱捕食者的追捕。

变色龙身体颜色的变化主要取决于光线、温度等环境因素和自身情绪等。因此,变色龙的皮肤颜色是其自身情绪的晴雨表。例如,有些种类的变色龙生病时肤色会变白,而另一些种类的变色龙会变成醒目的颜色来赶走入侵者,或者在发情期变成红色。而最妙之处在于,为了便于伪装,变色龙选择的是自己所处位置最主要的颜色。比如,当它在沙地捕食时,它的皮肤是黄褐色的;当它进入森林,又将自己变成草丛树杆的绿色。它的变色受到神经激素的控制,是由色素的扩散或者集中引起的。色素存在于星形的色素细胞内,而色素细胞包括黄色素细胞、红色素细胞等多种。在色素细胞外环绕着肌肉纤维,因而具有一定的弹性。在植物神经系统的作用下,色素细胞能扩大到整个“自由”空间,同时发生许多分枝。这样,原本集中在细胞中央的色素便分散开来。最后,色素细胞收缩或放大形成不同种类色素细胞的颜色组合,从而决定了变色龙的肤色。这也就是变色龙能变色的秘密。

除变色龙外,还有不少动物能随着周围环境的改变而变化身上的颜色,使自己身上的颜色始终与环境协调一致。就以古巴热带森林中成群栖息的彩色蜗牛来说,当它们从一棵树爬向另一棵树时,身上的颜色也会跟着变化:有时,蜗牛变得像颗晶莹的翡翠;有时,又变得像颗美丽的红宝石。

变色动物以变色作为“保护伞”来自卫,而不会变色的人类从中受到启发,想利用变色服装来适应气候的变化,使衣服除了穿着舒适、美观、大方,同时对自己还有一定的保护作用。

于是,英国科学家在上个世纪90年代初研制成一种液晶变色服装,它能随着温度的变化而改变颜色。当女士穿上这种变色服走在烈日炎炎的阳光下时,衣服便自动呈现出白色,从而能很好地反射阳光,使人感到凉爽;当她走到温度较低的房间时,衣服变为浅蓝色,给人以素静典雅之感;到傍晚与家人共进晚餐时,室温下降,衣服又变为柔和的玫瑰紫色。男士穿上变色服清晨去上班时,衣服呈明快的棕色,使人心情愉快地投入工作;下班路上衣服又变成灰色,使人忘却疲劳;晚上出现在交际场所时,衣服变为黑色,显得庄重大方,气度不凡。一天24小时,除了黑夜因液晶无光照不能变色外,身上的变色服会随温度不同而变幻着各种色彩。

鸽子与生物磁罗盘

鸽子传书,被人们称为“通讯兵”,在古代战场上为人类传送情报,在生活中为人们传送友谊。我国大型运动会或节庆活动中,放飞千万只鸽子飞向蔚蓝色的天空,表示人们向往和平的意愿,此时人们称它们为“和平鸽”。

此外它又是飞行比赛的表演者,一次比赛可飞900千米乃至1000~2000千米,准确无误地返回主人的身旁,令人赞叹不止!

鸽子凭什么从千里之外返回故乡呢?经研究认为鸽子有一种精确的导航系统。在好天气时,它能根据太阳的位置大致辨别方向,在阴天或用黑布盖住鸽子眼睛时,它仍不迷失方向。但是,如果把一个小磁铁拴在鸽子颈或腿上,减少了地磁场的作用,或使其在返回途中经过强大无线电台或雷达站附近,使地磁场受干挠,这时鸽子就晕头转向地不能飞回鸽舍了。从这些实验中可看出,鸽子有一种特殊的导航系统,即灵敏地获取地球磁场的感应器官,它能根据太阳、地面标志(建筑物、地形、树木等),特别是凭自己磁场的感应器官,识别方向、位置,准确回到故乡。

人类为了研究鸽子这种磁感应器,曾进行了许多实验。如德国一个生化研究所,在供试验的细胞上面放上一种能导电的盐溶液,用以测量细胞表面电荷。如果同时在电场之下加一个磁场,测量结果就更正确。于是,细胞会跟着磁场上下移动,盐溶液也会跟着流动。这时,侧方用的容器里会从磁场引出电流来,电流对磁场的反应极其灵敏。

通过这个实验,人们可以预测,上述系统可能就是磁感应器官的模型,也就是一种初步的生物磁罗盘。这种磁罗盘由一定数量的、平行排列的神经细胞和可以诱导磁场电流的电压接收器官所组成。

人们观察到地磁场对动植物生长发育都有积极作用,用它可治疗疾病,目前医务科技人员用“磁疗法”制作的磁疗环、康乐磁等许多医疗设备,都是磁场对生物具体作用的应用。

生物地震预报仪

地震是自然界一大灾害,时间短危害大,是水、火、风、虫灾等所不及的。全世界每年有大大小小地震500万次,严重的危胁着人民生命财产的安全。

我国处于太平洋西岸的亚洲大陆,是个多地震的国家,在抗震救灾中积累了丰富的宝贵经验,观察到近60种动物在震前有异常反应,并编了许多谚语,现举云南一例:

震前动物有前兆,人民战争要打好。

牛羊骡马不进圈,老鼠搬家往外逃。

鸡飞上树猪拱圈,鸭不下水狗狂咬。

莽蛇冬眠早出洞,鸽子惊飞不回巢。

兔子竖耳蹦又撞,鱼儿惊惶水面跳。

家家户户都观察,综合异常作预报。

笔者曾于1966~1970年参加了中科院动物所与生物物理所的地震组工作,在河北省邢台观察到一些动物的震前异常行为,如1968年7月25日河北省宁晋县小留村4.8级地震前几种动物表现的异常行为,3个动物观察点的猫、鸽、泥鳅、黄鳝在震前一天之内,都出现行为异常。同时,基线和形变电阻率的异常同步出现,都在峰值时发震。由此看来,震前动物异常行为不是孤立出现的,而是与其他某些因素伴随出现的。

动物在长期进化过程中,有许多比人还要灵敏的奇特本领,如对地磁、地电、地光、地声、地温等感觉比人还灵敏,所以在地震(尤其是较大地震)前有这样或那样的异常行为反应,并逃离地震灾难的险境,这是可以理解的。

但是,动物的这些异常行为反应大多不是地震前所特有的,有时在与地震无关的作用因素(如生活环境的改变、疾病等)的影响下,也产生类似现象,这样给观察震前异常行为带来了许多误解。因此,我们在观察震前动物异常行为时,要排除一些无关因素的影响,找出一些真实现象,才能做好用动物预报地震。

动物在地震前的异常行为,给人们许多启示,现正研究一些动物在地震前为什么有那么多的反应机制,相信不久的将来比现有地震工作中所使用的各种测量仪器还要灵敏的生物地震预报仪一定会问世。

狗的启示

在动物界中,狗鼻子确实是最灵敏的,它能闻出上千种物质的气味。军犬凭嗅觉能识别路途,判断敌情,机灵地闻出敌人的足迹,跟踪追击。猎犬闻到野兽气味时,会屏住呼吸停下来,用鼻子判断野兽所在的地方,协助猎人捕获。苏联有种狼狗,能帮助人找到泥土里的矿石。瑞典科学家训练和使用探矿狗,成功地找到地下十多米深处的黄铜矿。

狗鼻子为什么这样灵敏呢?原来,狗的鼻腔粘膜上面长有许多嗅觉细胞,比如一种牧羊犬的鼻粘膜上竟有2.2亿个嗅觉细胞,在鼻腔里占的面积达150平方厘米,而人的嗅觉细胞只有500万个,因此狗的嗅觉比人灵敏得多。狗鼻腔里的粘膜和鼻子尖端表面的粘膜组织,经常分泌粘液来滋润嗅觉细胞,它才能够把各种气味通过嗅神经传到大脑,否则,狗鼻子就会失灵。

奇怪的是,在地震以前,狗也会无意识地帮助主人脱险。1976年夏天,唐山地震以前,在唐山、丰南、香河等地至少发生了十几起这类事:狗向天狂吠乱叫,不听主人指挥,嗅地扒坑,嗅地不抬头,叼走狗崽,挠门撞窗等等。有个社员家的一只狼狗,当晚狂吠不止,影响主人睡觉,主人把狗打跑,刚睡下,狗又来乱吠。他再起床打狗,边追边打,刚出大门,地震发生了。

为什么在地震前,狗会出现行为异常呢?德国和意大利的科学家作出了新的解释:地震前,空气中会产生一种带电粒子,狗的嗅觉很灵敏,容易觉察这种变化。在地下的化学元素也会发生变化,产生一种“地气味”,狗闻到这种特殊气味以后,也会产生行为的异常反应。其他动物,比如鱼、蛇、鼠、家禽等等也能够产生一些异常行为,人们就可以利用这种现象作为震前的预报手段,以便采取必要的措施。

北极熊的启示

也许很多人都认为北极熊是白色的,因为他们都会觉得那是一种天然保护色。然而,真的是这样吗?美国的马尔利姆·亨利却不这么认为。

亨利指出,用来拍摄野生动物的红外照相机不适用于北极熊,这种动物不能被摄在红外胶卷上,因为它们的体温好像周围极地的冰雪一样冷冰冰的。至于在紫外照相中,白色的北极熊却显得比背景的白雪的颜色要深得多。

尽管白色的北极熊的毛皮反光能力很强,可是,却不知道是什么缘故,它的白色竟然吸收了照在身上绝大部分的太阳紫外线。

亨利着手研究北极熊这一奇妙的现象。他通过扫描电子显微镜,分析北极熊的白毛,竟惊奇地发现,北极熊的毛不是白色的,而是一根根中空而透明的小管。人类肉眼所看到的“白色”,是因为毛的内表面粗糙不平,以致把光线折射得非常凌乱而形成的。

亨利认为,北极熊的毛都是一根根的小光导管,只有紫外线才能通过,这就是熊捕集温度的“工具”。这就给人类提出了一个问题:人类是不是可以从北极熊的“白毛”悟出一些道理,造出同样的御寒衣物,或是更高极的太阳能收集器呢?

尽管许多问题还没弄清楚,比如说,一般认为紫外线不是热线,怎么能起到增温的作用呢?但是亨利认为北极熊毛的结构很值得继续研究,应根据这种结构试制一种既有保护色作用,又有导光吸热作用的极地人员服装。有人还试图把这种光导管安装在太阳能收集器内,提高集热的效率。

冬眠激素

在严寒的冬季,无数的动物在地下、树洞和岩洞里酣睡。动物为什么能冬眠?近年来,美国科学家道厄终于揭开了这个秘密。原来,在这些动物的血液里存在着一种能够诱发动物冬眠的物质——冬眠激素。

在盛夏,如果把冬眠激素针剂注入黄鼠和蝙蝠身上,这些动物就会有规律地长时间沉睡。后来又在不冬眠的猴子身上作试验,发现猴子竟然也出现了典型的冬眠状态,脉搏跳动减少50%,体温也降低了,当冬眠激素的作用减弱后,猴子又逐渐恢复了正常。道厄的这项新发现,成了80年代初期引人注目的科学成就。

冬眠激素可以用来治疗人的某些疾病。动物在冬眠期间,消耗的只是体内蓄积的脂肪,而丝毫不消耗肌肉组织。如果肥胖症患者注射了这种激素,只要在被窝里睡一个时期,就可以达到治疗的目的了。冬眠激素可以用来降低手术病人的体温,既有利于治疗,又对肌体毫无影响,因为病人在冬眠状态中新陈代谢很慢。冬眠动物对病菌有免疫力,能抗得住强辐射,特别是患有癌症的动物在冬眠时,肿块长得极慢。这样,人们就可以利用冬眠激素来配合治疗癌症,这就是癌症病人的一大福音。

地球与一些星球距离遥远,如果乘宇宙飞船到那些星球上去,时间是漫长的,那么人的寿命就远远不能适应需要。由于冬眠激素的发现,就使人进行长距离的宇航成为可能。

狗与“电子警犬”

狗的嗅觉比人灵敏100倍,根据气味,狗几乎可以找到任何要找的东西。

经过训练的警犬更加给人以启示,模拟警犬的嗅觉,人们制成了一种电子仪器——“电子警犬”,已经在化工厂用来检测过氯乙烯毒气,测定浓度达到千万分之一。

该仪器的工作原理,是基于不同物质对紫外线的选择性吸收,当气味物质从紫外灯与检测器之间通过时,一部分紫外线被吸收,这样便可测定物质的性质和浓度。这种“电子警犬”可以检测染料、漆、树脂、酸、氨、苯、瓦斯以及新鲜的苹果和香蕉的气味,其灵敏度已经达到狗鼻子的水平。另一种在某些方面比狗鼻子灵敏1000倍的“电子警犬”,也已用于侦缉工作。

动物远程导航的启示

候鸟南来北往,沿着一定的路线飞行,科学家用雷达观察,发现在夜里飞行的候鸟比在白天飞行的多得多。这真奇怪,难道夜里比白天更容易识别方向吗?人们因而想到,也许有的候鸟是靠星星来认路的。

为了证明这种猜想,科学家对北极的白喉莺进行了实验。这种鸟每年秋天从巴尔干半岛向东南飞,越过地中海,到达非洲,再沿着尼罗河向南飞,到这条河的上游去过冬,它主要在夜间飞行。

科学家把白喉莺装在笼子里,带进了天象馆里,那里有人造的星空。当天象馆的圆顶上映现出北极秋季夜空的时候,站在笼子里的白喉莺便把头转向东南,就是在秋季飞行的那个方向。然后,人造星空根据白喉莺飞行的方向逐渐改变位置,白喉莺随着星象的变化,使自己始终朝着它所要飞行的方向,仿佛正在作一番长途的秋季旅行。

这个实验证明,白喉莺能根据它看到的天空里的星星来辨别自己的航向。

人们还发现,在大海中回游的生物也有这种本领。

鱼类和海龟迁徙的准确性也不逊色。一种鳗鱼从内河游入波罗的海、横过北海和大西洋,而后便准确地到达百慕大和巴哈马群岛附近产卵。生活在巴西沿海的绿色海龟,每年3月便成群结队地游向2200公里之外的产卵地——大西洋中长仅几公里的阿森甸岛,在岛上产卵后,6月间又游回巴西沿海。

动物远程导航的奇异本领,以及它们精巧的天然导航仪,长时间以来一直吸引着许多研究工作者。人们逐渐弄清楚,许多鸟类和其他动物体内都有精确计算时间的“生物时钟”,可以根据时间确定太阳或星星的方位,因而能够利用太阳或星星作为定向标,而另外一些种类的动物则可利用海流、海水化学成分、地磁场、重力场等进行导航。

人类早就知道在航行中利用星星来辨别方向了,然而利用眼睛识别星星的本领,比起那些动物来差多了。

现在人们设计了一种由光敏元件,电子计算机和操纵机构组成的导航仪。光敏元件就像“眼睛”,它能够一直瞄准星星,当星光偏离预定航线时,“眼睛”就会向“电子计算机”这个大脑报告,“大脑”马上就能计算出应当校正的误差,命令操纵机构自动调整航向。