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师法动物——生灵的碰撞(二)

2008-10-16绿色空间

走近科学 2008年10期
关键词:鲨鱼狮子科学家

绿色空间

出于生存需要,动物对环境有很强的适应能力。燕子可以完成长达1万公里的旅行,大象则能记住50年前曾到过的一处水源地。但很长一段时间里,没有一种生物能把身边看起来毫无关联的信息,总结成对生活有用的知识。人类的出现则改变了这一切。

150万年前,除了外表和其动物有了明显区别之外,人类祖先的大脑容量已经有了明显增加,足以让人们去理解周围的世界,人们发现,一种特殊的云就是下雨的前兆;而燕子的到来,则意味着季节变换(图1)。

(1)借鉴动物的行为改变了人类的命运

环顾四周,人类因拜动物为师而产生的发明无处不在,北京举办奥运会,罗雪娟作为中国的第一棒火炬手,在雅典光荣地领跑了2008年北京奥运会的火炬接力。当年她夺得2004年雅典奥运会百米蛙泳冠军的时候,中国人相当自豪。她的这个项目就叫蛙泳,顾名思义就是模仿青蛙的运动方式,

但是,如果人们仅仅模仿动物的外在运动模式,那么今后人类很难再有更大的超越。聪明的人类总是不断发现动物身上的奇异功能,并且寻找出相关的规律来提升自身的能力。最近,一些科学家就研制出了一种特殊材料,用它制成泳衣,极有可能打破人类游泳的速度极限,它的灵感就是来自另一种动物游泳健将身上的特殊机能。

鲨鱼在浩瀚的大海中觅食超过了3.5亿年。它凭借巨大的尾部和流线型的形体,将游泳速度提高到每小时70公里以上。这个速度是人类的6倍。

众所周知,鲨鱼有鳞。然而科学家最近从鲨鱼皮肤中发现了一个不为人知的秘密,那就是鲨鱼的这些鳞中有小槽,表面并不光滑。这与表面越光滑阻力越小的流体学基本原理完全背道而驰。为什么像鲨鱼这样游得飞快的动物,会有这么粗糙的皮肤?科学家陷入沉思。

通过反复试验,科学家最终发现,水受到鲨鱼鳞片阻挡,形成一系列规则的水流,鲨鱼在海水中游动时,这些水流并没有和它的皮肤直接摩擦,这样就大大降低了阻力,从而提高了鲨鱼的游动速度。

这个发现让人类像鲨鱼一样快速游泳有了可能。人们照此原理制造出了带有特殊鳞片的游泳衣。和鲨鱼一样,泳衣上的鳞片挡住了水流,从而降低了游泳者10%的阻力(图2)。

(2)模仿像鲨鱼特殊鳞片的泳衣在以微秒计数的世界游泳比赛中有巨大的优势

这种技术同样被用到了航空上,人们将类似鲨鱼皮泳衣的特殊材料安装在飞机上。使机翼表面的气流平稳,从而降低飞机的阻力。据统计,这可以减少超过6%的阻力,使每架飞机每年减少消耗多达350吨的燃料。如果每年来往于大西洋两岸的飞机都装上这种外皮,节省的燃料价值可达10亿美元,与此同时,造成温室效应的二氧化碳排放物也会大大减少。

事实上,没有动物做老师,人类也许永远不会从大地上飞起来。

达芬·奇是最早拜动物为师的大师之一。他通过观察蝙蝠飞行的样子,制造了最初的飞行机器。他认为拍打翅膀是飞行关键。但飞行器最终失败了。因为,达芬·奇不知道,与动物相比,人类肌肉的力量与自身的重量完全不成比例,绝对不可能完成拍打翅膀的重任。

正是通过不断地观察模仿动物的飞行,人类才在一次又一次的试验失败中获得了飞行的奥秘。如果鸟类不会飞翔,人类可能永远不会飞离地面,也就永远不可能换一个角度去看待世界。

?对外界事物,尤其是对其他生物体,人类一直都保持着好奇之心,因为它们的某些特长帮助人类实现了进步。

这之后,人类又开始对延长自身寿命寄予了厚望。从2000多年前秦始皇派徐福率童男童女赴东海寻找长生不老药开始,人们在最大限度延长寿命上绞尽脑汁。近几年,科学家提出了将暂时无法医治的病人冷冻起来,待科学发达能够治疗时再予以解冻。表面看方法似乎合理,但其中有个难题,那就是冰冻人体的体液会膨胀,从而损坏细胞,解冻后的人是无法存活的。正在科学家感到困惑的时候,自然界的一种小精灵的生存方式,让大家找到了解决难题的灵感。

医学界有种死后复生的大胆设想。将人体放进低于冰点200度的太空船,有朝一日解冻后可以复活。但很多科学家对此表示怀疑。

科学家们怀疑的最大理由是冻伤。因为冰冻会撕裂成千上万的细胞,将来解冻,死去的细胞则永远无法复活(图3)。

(3)正在人类为自己的明天大伤脑筋时,有些动物却已精通这种神秘的冷冻术。度过冬天一旦解冻后,这些动物会利用好这六个月的活动季节(上图:锦龟;下图:林蛙)

春天到了,冰雪融化。生活在北美洲的小锦龟在冰冻状态下度过了它们生命的第一个冬天。在冬天时,它们超过一半的身体组织都被冻结了起来。林蛙同样也在深度冰冻状态下度过了冬天。和锦龟一样,它们用糖类物质当作防冻剂来保护自己的重要器官。而解冻的顺序是从内到外,先是心脏,然后是身体。

当它们处在假死状态的时候,心脏会停止跳动,就像是死了一样。灰树蛙需要选择一个有少量树叶覆盖的露天地带来度过一个没有心跳的冬天。

如今,人类的冷冻术还远远没有成功。或许有一天,人类能从这些动物身上学到冻而不死的奥秘。

动物的能力给人类生命健康方面带来的启示和帮助可以上溯到很久以前。

在原始社会中,人类是弱小无知的。在那个一切都充满陌生和恐惧的环境里,瘟疫、疾病一直在严重威胁着人类的健康的生命。为了挽救病患和伤者,人们只能使用巫术祈祷康复,其效果可想而知。

直到15世纪,意大利人卡蒂内尔提出了注射器的原理,情况才发生大的转变。你或许想象不到他的发明是受到了蛇的启发。

毒蛇是人类最好的老师,它拥有尖利的尖牙,里面储藏着致命的毒液。

蛇能在瞬间将尖牙刺入老鼠身体,然后用活塞式的肌肉将毒液挤入带孔尖牙中,最后送到猎物的体内。这一切,都发生在几秒钟之内。最后小老鼠因为中毒停止了呼吸。这时,蛇才会将猎物吞下去。

从毒蛇身上学到的这一方法,直到19世纪中叶,才真正被人类应用于医疗领域。多亏有了这种注射方式,各种疫苗和抗生素,才以最直接的方式进入我们的机体,也因此拯救了很多生命。

在动物身上,还有许多养生智慧等待我们去学习和模仿。在非洲草原,处在食物链顶端的狮子依然面临生存的挑战。不过挑战来自狮子自身。伴随着一次一次的猎捕,狮子的肌体开始劳损,并不断地修复。而这会渐渐要了它们的命。

因为狮子的肌肉被修复的次数有限,不能无限次重复。每次狮子猎捕开始时,它会使出全力,这让它遭受了最大的身体消耗。所以,除非胜券在握,狮子绝不会拼命奔跑,一旦肌肉损耗过大,修复不好,就会坐以待毙(图4)。

(4)凭经验,狮子知道在野外要想获得长寿,就要储存自己的体能。每一个不和谐的步伐,都会潜在地导致身体损伤

这提醒人们,不要将自己置于狮子极力避免的生存状态之中。尽管中等强度的体育锻炼对大家有好处,不过距离太长,太过激烈的运动对健康也会构成严重威胁。

生活在伦敦塔上的鸽子则教给人类另一个养生之道,那就是远离压力。这些伦敦塔上面的鸽子,得益于被人类保护,衣食无忧。像其他被人工饲养的动物一样,它们的寿命通常可以延长一倍,很多都活了30岁。而老鼠和鸽子身体尺寸相当,寿命却只有鸽子一半。原因当然是在人人喊打的环境下,生存压力过大。

也许有些人认为是遗传因素影响人类的生老病死。但动物则用自己的经历告诉我们,远离压力,生活有节制才是长寿秘诀。

动物的一些生存能力和它们的生长特性,几百万年来给了人类巨大的帮助。不过人类过去只是学习和挖掘了动物身上为己所用的技能,而潜藏在动物观念当中的对待大自然的一种可持续生存的理念,却往往忽视了或视而不见。

比如说食量巨大的大猩猩从不固守一地,总是走走停停,在游荡中采食。它们不会等到一棵树、一片灌木丛被吃光后再迁往新的采食地。过去,传统农耕文化或者游牧文化,也体现了这种持续利用资源的生存智慧。但是工业革命之后,人类对大自然资源的开发、常常以掠夺或杀鸡取卵的方式进行,大大超出了自然生态环境的承受能力(图5)。

(5)人类要向动物学习的不仅仅是技能,还有生存理念

从动物身上获得灵感,是人类的智慧所在。也正是因为人类具有学习的天赋,人们最终才摆脱蛮荒,创造了辉煌的现代文明。

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