神奇的仿生學(xué)

本刊編輯部 匯編

你已經(jīng)知道雷達(dá)的發(fā)明是受了蝙蝠的啟發(fā)，那你知道直升機(jī)的發(fā)明與苜蓿螺旋狀果實(shí)之間的關(guān)聯(lián)嗎？據(jù)悉，列奧納多·達(dá)·芬奇是在觀察到苜蓿螺旋狀果實(shí)后受到啟發(fā)，才繪制出了直升機(jī)的草圖！如果你留心觀察，將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多大自然與科學(xué)發(fā)明之間的關(guān)聯(lián)——

螢火蟲和冷光燈：發(fā)光不發(fā)熱的秘密

晉朝時(shí)，窮苦人家的孩子車胤，將螢火蟲放入很薄很薄的布口袋中，借用螢火蟲發(fā)的光進(jìn)行夜讀，最終成為有學(xué)問的人。這是我們熟知的“囊螢”的故事。在感慨車胤勤奮好學(xué)的同時(shí)，我們其實(shí)可以試著提出一些問題：螢火蟲為什么會(huì)發(fā)光？這種光產(chǎn)生的熱量為何沒有把薄薄的布料損毀……

科學(xué)家們找到了問題的答案。原來，位于螢火蟲腹部的發(fā)光器由表皮層、發(fā)光層和反光層組成，發(fā)光層內(nèi)有幾千個(gè)發(fā)光細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞里都含有熒光素和熒光酶。熒光素在熒光酶的作用下，與氧氣發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)過程中所產(chǎn)生能量的98%以光的形式釋放出來，只有2%變成熱量。螢火幾乎不發(fā)熱，于是科學(xué)家把它稱做“冷光”。

科學(xué)家根據(jù)螢火蟲發(fā)光的原理，通過合成熒光素、熒光酶等物質(zhì)，制成了冷光燈。冷光燈可以在充滿瓦斯的礦井中充當(dāng)日光燈，也可以作為深水作業(yè)的潛水員和工人的照明用燈。

荷葉和自潔涂料：“出淤泥而不染”的條件

人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到了蓮花的自潔功能。宋代周敦頤在《愛蓮說》中就曾稱贊其“出淤泥而不染”，只是他并沒有說明蓮花的自潔作用是如何進(jìn)行的。

螢火蟲

荷葉

蝴蝶

20 世紀(jì)80 年代，德國(guó)波恩大學(xué)的植物學(xué)家威廉·巴特洛特和他的助手發(fā)現(xiàn)，蓮葉表面有兩個(gè)特性：第一，表面由不透水的材料組成，上面還有一層蠟?zāi)?，這就意味著水很難停留在表面。第二，表面并不光滑，長(zhǎng)滿了絨毛。

蓮葉表面的絨毛結(jié)構(gòu)使得灰塵和蓮葉的接觸面積減小，因此也減小了灰塵和蓮葉之間的吸附力。當(dāng)水滴落在蓮葉上，會(huì)在絨毛的作用下凝成球狀結(jié)構(gòu)。水滴裹著灰塵滾落下來時(shí)，清潔了蓮葉上的污垢。

巴特洛特和助手基于這一發(fā)現(xiàn)，成功研制出了具有自潔功能的外墻涂料。如今，自潔涂料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的日常生活。

蝴蝶和溫控系統(tǒng)：不隨環(huán)境改變溫度的啟示

人造地球衛(wèi)星在太空遨游時(shí)，周遭的溫度隨時(shí)都在發(fā)生變化。溫度的驟升驟降很容易損壞衛(wèi)星上的精密儀器儀表。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，航天科學(xué)家為此傷透了腦筋。幸好，科學(xué)家們從蝴蝶的身上得到啟示，發(fā)明了一種溫控系統(tǒng)。

蝴蝶翅膀的上下兩面排列著密密麻麻的鱗片。這些鱗片可以吸收和散發(fā)熱量，以便維持蝴蝶的體溫。當(dāng)陽光直射，氣溫升高時(shí)，蝴蝶身體表面的鱗片會(huì)自動(dòng)張開，以減小太陽光照射的角度，吸收的太陽光能量就隨之減少；當(dāng)外界氣溫下降時(shí)，這些鱗片又會(huì)自動(dòng)閉合，緊貼住蝴蝶的體表，讓太陽光直射整個(gè)鱗片，從而使蝴蝶能夠吸收更多的太陽光能量。這樣，蝴蝶便可以在外界溫度有較大變化的情況下，使自己的體溫控制在一個(gè)正常范圍之內(nèi)。

根據(jù)蝴蝶的溫度控制原理，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了一種與蝴蝶鱗片極相似的衛(wèi)星控溫系統(tǒng)，使得衛(wèi)星的溫度被控制在安全的范圍內(nèi)。