一、动物在环保中的重要作用
松鼠对环保的贡献
自然界中有许许多多的动植物,它们既为这个世界增添了绚丽多姿的色彩,又使整个地球大家庭处于一种非常和谐的状态,其中相当一部分种类为我们的生存环境提供了良好而无偿的服务。就像我们大家熟知的绿色植物,每天都在勤奋地吐故纳新,为我们提供新鲜氧气,而很多动植物也为维护自然界的生态平衡做出了贡献。森林中的啄木鸟被誉为“森林医生”,就是因为它们不断地把侵入树干中的害虫消灭,从而保证了大树小树健康茁壮地成长。
很少有人认为松鼠对于森林的贡献会比得上啄木鸟。在大家的印象中,松鼠吃掉了松树、胡桃等等树种结下的果实,从表面上来看,应该把松鼠们“绳之以法”,从而确保树木的种子能够正常萌发,使森林不断壮大。但实际上,如果我们仔细地研究一下松鼠吃果实的整个过程,则会改变对松鼠的看法。
秋天来临的时候,森林中:果实累累,也是松鼠们最为忙碌的季节,它们不仅尽情地享受大自然的慷慨恩赐,而且还要采集很多的果实埋藏起来,作为储备食物,以免冬天食物缺乏时,弄得饥寒交迫。许多的资料表明,松鼠们并不能消耗掉自己:哩下的全部种子,相反,可能有一半以上始终埋在土里。这样的话,到了春天,土里的种子就要发芽,于是,森林中每年都会长出许多小树。科学家们估计,1只松鼠平均要储藏14000颗种子,有了这个数字,我们一定想象得出,松鼠对于森林的贡献有多大。如果说,啄木鸟是森林中的“医生”的话,那么,松鼠就是森林的“养父养母”。
除了松鼠之外,森林中的老鼠也有相似的行为,而一些吃果实的鸟,则会通过排粪把种子撒到各处,间接起到了播种的作用。令人奇怪的是,有些植物的种子,必须到鸟类的肠胃中去转上一圈,才能发芽生长哩!
现在我们应该清楚了,松鼠对于自然界森林的形成和壮大有着十分重要的作用,而森林的存在对于其他动物,对于我们人类,甚至对于整个地球,又是极其关键的。所以,我们把松鼠称为自然界中的环保专家。
青蛙对环保的贡献
青蛙是捕虫能手,是农业生产的好帮手。专家们对青蛙的食性进行分析后得知,青蛙几乎只吃动物性食物。青蛙的食物中,害虫占了80%,其中包括严重危害作物的蝼蛄、天牛、蚱蜢、金龟子、蛞蝓、步行虫、水稻螟、稻纵卷叶螟等。将青蛙用于稻田除虫,有很好的效果。江西省宜丰县的农业专家们曾做了一次“养蛙治虫”的对照实验。他们在一组早稻实验田内每亩放养400~800只青蛙,不施农药;在另一组早稻试验田内喷洒2次农药。将2组稻田进行对照发现,放养青蛙的稻田早稻枯心率低,且早稻产量高出9.2%。由此可见,“青蛙治虫”是增产节约、防止农药污染的可行办法。
鸟类
鸟类是大自然的重要组成部分,是一项十分宝贵的生物资源。它们刁仅将大自然点缀得分外美丽,使自然界更有生机,并给人以美的享受,而且还能产生生态效益和经济效益。特别是食虫、食鼠的鸟类,它们在农林业生产上的作用更为突出。如啄木鸟是着名的“森林医生”,白脸山雀、灰喜鹊、画眉等,一年四季守卫着森林、田野、庭院。主要在夜间活动、俗称猫头鹰的鹗类,以鼠类为食,是灭鼠能手,一个夏天可以捕食1000只田鼠。鸢、大鵟等以动物腐肉、秽物为食,在保持环境卫生上起着良好的作用,被称为“自然界的清道夫”。
二、动物带给我们的启示
几乎每一种动物都身怀绝技,它们是我们这个星球上出色拘“发明家”。
也许你会问,难道动物也会创造发明吗?是的。只要翻开人类科学技术发展的史册,你就会发现:在船只还没有出现之前,生物航海家——鱼类已经游弋于茫茫大海之中;鸽子在用自己的“罗盘”导航的时候,人类的定位仪还无影无踪;最早用灯光照明的不是人类,而是萤火虫;最早发明飞机的不是莱特兄弟俩,而是昆虫,因为早在3亿年之前,它们作为地球上第一批飞行家,已经升上了天空。
在动物的“创造发明”面前,人们赞叹不已,惊讶万分。于是,科学家们开始向动物“发明家”学习,创造发明新技术、新工艺和新设备。模仿生物的科学-一仿生学,在上个世纪60年代也就应运而生了。
蜜蜂是当之无愧的“建筑大师”。它们一昼夜就能用蜂蜡建造几千间“住宅”,而且都是清一色的六棱柱形房间,每间房间的体积都是0.25立方厘米,每间蜂房的墙壁,同时又是另外六间蜂房的墙壁,这样就构成了紧密相连的一大片蜂房。只要仔细观察一番,就能发现,每个房间的正面是一个平整的六角形进出口,背面是一种六角锥体,它六个三角形的侧面可以拼成三个相同的菱形。令人吃惊的是,由菱形面组成的角大小也是一样的:钝角都是109度28分,锐角都是70度32分。科学家们经过反复研究后确认,这样的建筑不仅能以最少的材料获得最大的居住空间,而且能以单薄的结构获得最大的强度。
人们仿效蜜蜂的建筑技艺,制成了工程蜂窝结构材料。这种材料重量轻,强度大,隔热和隔音性能好,现已广泛用于建筑物和飞机、火箭的制造。
乌龟壳、蛋壳、贝壳和花生壳等,都有弯曲的表面。它们虽然很薄,却能经受住较大的压力。例如,一个厚度只有2毫米的乌龟壳,即使用铁锤猛敲,也不容易砸碎。鸡蛋壳的厚度还不到l毫米,但要用手掌握碎它,也不太容易。从力学上分析,这种结构是很合理的,因为当它承受压力时,力量会向四周均匀扩散,所以十分牢固。
在采用这种结构的建筑物中,最有名的要数澳大利亚的悉尼歌剧院了。它的屋顶好像一堆奇特的贝壳,也像正待跨洋过海的帆船已经升起的风帆。在巨大的“贝壳”下,有宽敞的音乐厅、歌剧院、排练场、陈列厅、餐厅和休息厅等。整个建筑外形独特美观,成了世界有名的景点。我国北京车站大厅房顶采用的也是这种薄壳结构。这些结构既轻便坚固,又节省材料,而且中间没有柱子,不会挡住人们的视线。
在树林里,有时人们会听到“笃、笃、笃”的响声。如果你蹑手蹑脚,屏住呼吸走上前去,就会发现,这是森林“医生”啄木鸟在“工作”。啄木鸟长着一把天生的“手术刀”,这就是像钢凿一洋的嘴壳。它祖代相传,以食虫为生。当它停落在树干上时,就举起“手术刀”东敲敲、西啄啄,从敲击树干的声音中,得知害虫潜伏的部位,然后在树上啄一个小洞,直捣害虫的老巢。害虫虽然隐藏在树干深处,但一旦被啄木鸟发现,便休想逃命。
根据调查和研究,啄木鸟勤勤恳恳,从不贪懒,每天都要敲打树干500~600次。有人通过高速摄影测算出,啄木鸟啄树时的冲击速度,是每小时2080千米;当啄木鸟的头部从树上弹回来时,它减速的冲击力也大得惊人——约有1000个重力常数。要知道,一辆汽车如果以每小时56千米的速度,撞在一堵砖墙上,其力量才不过10个重力常数。可想而知,1000个重力常数,这是多么巨大的冲击力!奇怪的是,啄木鸟从来不会因此而得脑震荡,头颈也不会受到任何损伤。
为什么啄木鸟有这种奇特的本领?科学家们进行了细心的观察和研究,还对啄木鸟进行了手术解剖。结果发现,啄木鸟的头部是一种天然防震器。它的构造与众不同:脑子被细密而松软的骨骼包裹着;在脑子的外脑膜与脑髓之间,有一条狭窄的空隙,这样一来,通过流体传播的震动波,也许会得到减弱;头部有非常大而有力的肌肉系统,能起吸震和消震的作用。
以后,科学家又发现了一个更重要的原因,这就是啄木鸟的头部和它的“手术刀”,是一前一后作直线运动的,一点也没有侧向运动。
根据啄木鸟头的奇特构造和运动方式,有人设计了一种新型的安全帽和防撞盔。这种帽子正好套在人的头上,里层松软而外层坚固,帽子下部又有一个保护领圈,避免因突然而来的旋转运动所造成的脑损伤。经过实际试验,这样的帽子比一般的防护帽效果要好得多,可以说是真正的安全帽了。
三、电子线路中的动物
波涛汹涌的海面上,一架救生直升机在盘旋。奇怪的是,直升机的嘹望台上竟然空无一人。是了望员擅自离开了岗位吗?不,这位“嘹望员”正在目不转睛地眺望着海面呢,它是一只鸽子。突然,鸽子发现了目标,它用嘴啄着面前的仪器,于是飞机就按它指示的方位降落,很快就救起了一个遇难落水的人。
科学家发现,鸽子的远距离视力比人强得多。即使在800米外的海面上有个救生圈大小的物体,它也能看得清。原因很简单,鸽子是远视眼。试验表明,让它担任“嘹望员”确实比有经验的人更为出色。
经过训练的鸽子,还可以用来控制军用火箭,使之准确无误地击中目标——飞机、潜水艇或地面上的炮兵阵地。在这里,鸽子是怎么进行工作的呢?原来,火箭的头部装有跟踪目标的装置,它能将目标的物像传送到地面的一个荧光屏上,鸽子就站在这个荧光屏前。如果火箭准确地朝着目标飞行,屏上就不出现图像。但是只要火箭稍微一偏离目标,目标的物像便跃然屏上,这时,鸽子就会频频啄击这目标。鸽子的嘴上装有金属套,啄击时产生的电流送到了控制火箭的装置,于是,火箭重新回到正确的飞行方向上。顿时,屏上的目标图像便消失得无影无踪,鸽子也停止了啄击。为了提高可靠性,人们不是用一只鸽子,而是同时采用三只鸽子,使控制火箭的装置按多数鸽子的“意见”行事。
有人还试验让猫来控制空对空导弹。导弹外壳上的电子和电子光学装置,能直接把信号发送给猫的脑子,或者在猫眼前放上荧光屏,用电视机来接收目标的图像。一旦导弹的轨道偏离了目标,猫产生了条件反射,把这个偏差纠正了过来。试验表明,猫眼比红外线装置更敏感和可靠;在高温闪光的影响下,红外线装置常会使导弹偏离真正的目标,而猫眼却不受干扰。
上面的试验说明,在电子线路中可以直接用动物来进行控制。有人预料,这种线路将用于导弹中,这样的导弹不仅提高了对目标的分辨率,而且当目标运动时,也能自动改变航向,跟踪追击。这种线路还可以使无人驾驶的飞机,像有人在驾驶那样在蓝天中作机动飞行。
在大自然中,许多生物都是十分理想的自动控制系统。翱翔于蓝天的鸟儿、游弋于碧水中的鱼类和苍翠欲滴的植物,都是活的自动控制器。进一步研究这些生物,对于改进和研制新的自动控制系统,肯定是大有好处的。
以往,五彩缤纷的金鱼,只不过是一种供人观赏的鱼类。如今,有人设计了一种污染监测仪,活蹦乱跳的金鱼竟然充当了仪器的“探头”!当水中有毒物质的浓度上升时,如锌离子的含量达到每升7.6毫克时,金鱼便一反常态,变温文尔雅为焦灼不安了。这时,可用光电自动计数器进行测量,也可以把电极直接插在鱼身上,使自动记录器显示出呼吸率上升、心搏率下降等情况。这样,人们便可了解水质污染的情况了。
四、基因时代:果蝇的奉献
果蝇是一类极常见而又不被许多人认识的小昆虫,它们体长只有几毫米,大多数长着一双红眼睛、有双翅、触角有羽状芒,身体呈黄褐色,夏秋季节经常在腐烂的水果上光顾。这样一种小昆虫,广泛分布于世界各温带地区。
从20世纪70年代开始,果蝇越来越受到科学家们的关注和青睐,到了今天,人们很难说出哪个生物学领域不曾感受过果蝇影响。果蝇被科学家们称为上帝的礼物,它是遗传学上的重要的实验材料同时也是重要的实验模型。果蝇与人类在身体发育、神经退化、肿瘤形成等的调控机制,都有非常多相通处,许多人类的基因在果蝇身上也有,甚至功能可以互通。生物学家们在很多领域都在应用果蝇进行生命科学的探索和研究,果蝇已经成为并将继续作为生命科学各个领域中应用最广泛的研究材料之一。
1933年,美国遗传学家摩尔根因为用果蝇发现了白眼突变的性连锁遗传,并创立了染色体遗传理论而获得诺贝尔奖;1946年,摩尔根的学生、有“果蝇的突变大师”之称的米勒,因发现X射线辐射引起果蝇变异获诺贝尔奖;1995年,刘易斯、福尔哈德和威斯乔斯三位科学家,通过对果蝇基因突变现象的研究,发现了早期胚胎发育中基因控制遗传的机制。
长期以来,果蝇一直是科学家们的重要研究对象。因为果蝇个体小、繁殖快,能产生大量后代。它的生活史短,在室温下不到两周。又容易饲养,只要用几个小小的玻璃瓶,就可以饲养观察。在腐烂的水果上很容易得到它。
果蝇第一次被用作实验研究对象是在1901年,动物学家和遗传学家威廉·恩斯特·卡斯特首先对果蝇进行了遗传研究。1910年,美国哥伦比亚大学的摩尔根,开始在实验室内培育果蝇,并对它进行系统的研究。之后,很多遗传学家就开始用果蝇作研究,取得了大量遗传学方面的研究成果。
大约在1910年5月,在摩尔根的实验室中诞生了一只白眼雄果蝇。这是一个“重大的事件”,因为一般的果蝇通常眼睛都是红色的,而且果蝇那么小,要在瓶子中用肉眼注意到这个细小的变化,是不容易的,只有细心的研究者,才会有这样的“机遇”。这样一只不寻常的果蝇的发现,引发了重大的生物学发现,并由此取得了一系列的科学成就。
摩尔根如获至宝,他将果蝇带回家中,把它放在床边的一只瓶子中,白天再把它带回实验室,反复不停地观察着。不久,他让这只果蝇与另一只红眼雌果蝇进行交配,摩尔根注意到,下一代的1240只果蝇,全部是红眼的。摩尔根又从果蝇多次交配得到的后代中,挑选出一只白眼雌果蝇与一只正常的红眼雄果蝇交配,奇怪的现象发生了,后代的雄果蝇都是白眼的,而雌果蝇都是正常的红眼睛。
这是为什么呢?摩尔根认为,果蝇出现白眼,是基因突变的结果,而且这个突变的基因是位于X染色体上的,是隐性遗传的。他把这种遗传现象叫做性连锁,又称伴性遗传。
之后,摩尔根和他的学生们继续用果蝇进行实验,并创造了测量染色体上基因之间距离的方法。这样,摩尔根把一个特定的基因与一条特定的染色体联系起来,用实验证明了基因在染色体上。由此,他提出了“染色体遗传理论”,为现代遗传学的建立做出了重要贡献。