难解的节能术
过去在很长一段时间里,人们并没有过多地注意鸟类拥有节能妙术。随着人类社会的发展,高科技的不断运用,节约能源的问题日益显现其重要意义时,人们渐渐发现鸟类和其他动物“先行”了一步。那些生活在我们周围的动物各以独特的方式方法节能,充分地做到了低耗高效,它们在某些方面显示出来的合理性和科学性,令人眼花缭乱、瞠目结舌。对有些表现节能的措施,人类尚不能穷尽其中之奥秘,往往还停留在知其然,而不知其所以然的阶段。
我们知道,鸟类先择天空作为生存的主要空间,是在漫长的生物进化中优化了身体的构件,而这其中最能体现节约能源的当属轻质骨骼。飞行一旦成为鸟类运动的形式,克服自重和地球引力带来的重力影响便成了亟待解快的问题。这是一个相当漫长的过程,鸟类终于飞起来的时候,它们的骨骼中空且呈圆形。显而易见,这样的构件基本上达到了重量轻、强度大的要求,符合减耗的合理性。例如有一种名为军舰鸟的鸟类,它们长有非常宽阔的双翼,双翼展开达两米之阔,像这样大型的鸟骨有多重呢?据科学家们研究证实,它的骨头重约0.5千克,实在是不能再轻了,自重问题得到解决,自然也解决了地球引力影响。这是鸟类降低能耗的第一步,它们可以轻松地飞上蓝天,自由地翱翔。
有了优良的机体构件是不是就可以完全达到节能目的呢?人们发现,鸟类的节能措施是多种多样的,大概是基于复杂的环境、特殊飞行需要的不同吧,它们既要对付高空变幻多端的气流,还要适应不同的飞行特点,所以“节能”的手段必须多种多样。
大雁是能够充分利用外因节能的高手,但是它们究竟怎样通过内因与外因达到和谐的一致,至今还令人费解。
大雁每年都要做季节性的迁飞,深秋时节,雁叫声声,那是它们往南飞行。它们一会儿成“人”字,一会儿成“一”字,时时变换着编队的队形。现在大家都知道了大雁变换队形是有学问的,它们穿越于高空变换的气流中,只有不断变换编队的形状,才能充分利用气流,减少阻力。有趣的是,大雁的编队很有讲究,弱小的雁排在队伍的后面,飞在前面的往往是富有经验的老雁,随着一连串的拍翅运动,气流上升了,跟在后面的小雁几乎可以不费什么力气,乘着这股气流做滑翔运动就行了。这样一来,既解决了整体节能问题,又解决了个体耗能问题。大雁是怎样想出这样的好点子的?智慧的源泉又是怎样一代又一代流传下来,使它们通过某种神秘的信息在群体中交流~沟通和达到协调一致的?
并不是所有的鸟都能做到像大雁这样飞行的,尽管许多鸟同样要做长距离的迁飞。有一点是共同的,那就是要解决飞行运动的能量来源和尽可能多摄入能量,少耗费能量。
有一种叫金鲽的鸟,它们常常一口气要飞越3000千米的大洋。金红繁殖在北美的北部,秋季迁徙时,由各地群集于哈得孙湾,南行经拉布拉多半岛,一直飞抵阿根廷的东部越冬,整个行程基本上得不到食物补充。有科学家注意到,金红在经过这样长距离的飞行之后,体重只减轻50~60克。按照这样的能量消耗标准,驾驶一架小型飞机飞行30千米,理论上只须用0.5升汽油就足够了,但实际上这样一架小飞机飞行30千米需要4升左右的汽油。由此可见,金鲽在节约能源方面有着十分有效的办法。
像金鲽这样拥有好本领的鸟很多,它们通过调动体内的机制,利用内因的因素做到高效低耗。人们在研究中认识到,整个鸟的机体是一套完美的节能装置,它在各种不同的鸟的身上有不同的表现。
有人认为,鸟类的体内有一个类似飞机、汽车里设置的“油箱”,它是动力源集中的地方。鸟类在平时或者迁飞之前,似乎预知到需要贮存食粮的时候到了,于是拼命进食。但是,这里有一个很矛盾的地方,即使是拼命进食,鸟的身躯有限,短期内能进多少食呢?再说,太重的身躯也不利于飞行。可是这种矛盾鸟类解决得很好,例如知更鸟的幼鸟在离巢的第一天,所吃的蚯蚓总长度是4米多;小乌鸦每天的食量比它身体总重量还要大。这种不可思议的进食量要是放在人身上,肯定是行不通的,但是在鸟类的身上却行得通,这是为什么呢?
人们发现,秘密可能在鸟类肠蠕动功能上。鸟类的肠壁蠕动速度快得惊人,由此可以配合惊人的摄食量,加快消化、吸收的速度,自然不用担心过度的摄食带来消化不良。
有人认为,鸟类要充分利用食物,还必须有完善的能量转换功能。鸟类体内“油箱”里装的是脂肪,这些脂肪是鸟类通过摄入体内的食物转换而来的,在大量的摄入之后,它要把食物分解、转换、储存起来,这里涉及一整套生理生化过程,食物通过这过程,变成高度浓缩的脂肪物质以备用。这样一个充分利用自身机体的因素,将所贮的养料经过氧化、分解,转换成高能的过程是相当复杂的,在“牧”、“支”两大方面,往往因鸟而异。
人们发现,许多鸟在“收入”食物时拼命多一些、再多一些,“支出”时则尽量少一些、再少一些,有的甚至可以用“吝啬”两字来形容。其实,要做到吝啬支出能量,也同样涉及生理生化过程。
美洲有一种十分可爱的小鸟叫蜂鸟。蜂鸟因其体小状若蜜蜂,又因扇翅飞行发出“嗡嗡”声响而得名。蜂鸟虽小,本领却不小,它能做长距离的远征,能做高度5000米的飞越,还能独树一帜地节能减耗。人们发现,小小峰鸟每昼夜吃的食物,比它的体重还多一倍。这需要怎样一个高速运转的“设备”方能进行有效的转换呢?为了充分节能,它们还可以做到夜间休眠,也就是在不飞行时,降低体温降低新陈代谢的速度,一般情况下可降5~10度,有时降到平常体温的一半。这样一来,它们的能量支出便可以减少到最小限度。
不管是利用外因还是利用内因,鸟类的节能技术的确是奇妙无穷。科学家们对于鸟类节能术的问题,正在做进一步的探索,以求揭开其奥秘所在。由于这个问题涉及生理生化领域,揭示它的作用机制有一定的难度。但是正因为它的难度具有相当大的研究价值,所以使这个自然之谜更加吸引人,一旦解开了它的谜底,可以想象得到,人类在仿生学等应用科学方面将会受益匪浅。
动物“播种”
说到植物播种,大家首先想到的一定是人。没错,不管是为了食用还是观赏,人们总是在特定的季节播撒种子,让它发芽、生长,直至收获。可是,除了人类之外,动物也会播种,这就是许多人不知道的了。
说起动物播种的事,还有一个故事。1905年,为了垄断豆蔻的生产,荷兰人把南亚的一个岛专门划为种植区,砍净了别处的豆蔻,而且严禁种苗外传。他们认为这样就能控制这种造香料的名贵原料了。尽管他们认为万无一失,但不久,其他岛屿上还是出现了豆蔻。荷兰人十分恼火,他们以为是当地土人偷运出去的,便毒打土人,甚至烧毁整个村庄。后来,人们才发现是犀鸟、飞鸽和食火鸡吃了豆蔻的果实以后,跨岛飞行,把带有种子的粪便留在其他岛上,至此,这桩冤案才真相大白。从这个故事里我们知道动物是可以传播种子的。
由于鸟会长距离地飞行,所以它在传播植物种子方面贡献最大。鸟儿喜欢成熟的果实,大量吞食之后,使得果实中的种子落户到鸟肚中。因为种子大多覆盖着一层保护膜,所以它们不会被轻易消化掉,在鸟的肠胃旅行一番后,又随着粪便排出体外。另外,鸟儿爪子黏带的泥土里也存有许多种子。在林中跳跃不止的鸟儿自己也想不到,它们爪子上的泥土,竟是一个小小的“种子仓库”呢。达尔文做过一个试验,他将一种鸟腿上的泥块保存了3年,然后浸湿,过了些日子,泥块中竟生长出82种植物!可以想见,那些南来北往的候鸟每年要播撒多少植物的种子啊。
还有一些鸟儿喜欢埋藏种子慢慢享用,像松鸦、星鸟会用坚硬的喙挖动泥土埋松子;松鼠、金花鼠们则是把植物的果实或种子贮存在自己栖身的洞穴里,以备冬粮。如果它们忘记或者有别的原因遗漏了一些种子,一旦遇上合适的条件,这些种子就生根发芽了。就说蚂蚁吧,它们也是传播种子的好手呢。当然它们的对象是体积较小的种子。它们把爱吃的植物果实搬“回家”,路上遗漏的,日后就有可能发芽生长。由于蚂蚁来来回回走的是同一条路。所以它们掉落的种子日后往往长成一排整整齐齐的植物,仿佛是人们有意栽下的。
有些植物没有诱人的果肉种子,怎么办呢?别担心,它们自有高招。有的种子身上长满了钩子和刺,像苍耳、鬼针草和蒺藜等,不论什么动物从它身边走过,它都毫不客气地钩挂、黏附上去,随之奔走四方,当然,肯定也就在异乡落户生根了。
怎么样,动物播种的本领不小吧。
奇妙的气味语言
有一位昆虫学家,曾经研究了一种夜蛾的奇怪现象。他做了一个实验:在夏天的黄昏,把一只未受精的雌蛾装入铁丝笼里,放在树林中,不到半小时,许多只雄蛾好像接到了邀请一样,纷纷前来“赴约”。这些雄蛾扑着翅膀,绕着铁丝笼子飞。一会儿飞上,一会儿飞下,一会儿飞走,一会儿又飞回来。就这样,每晚至少有20多只雄蛾,来向这位被囚禁的雌蛾“求爱”。这种蛾子在当地本来是不多的,可是,一连三个晚上,竟捉到了64只。
这位昆虫学家又接着做了另一个实验。他在一部分雄蛾的身上涂上颜色,把它们释放到离这所房子约4千米的地方。可是,这些蛾子很快又飞了回来。这种本来不善于直线飞行的蛾子,平日飞得很慢。然而,这一次却恰恰相反,雄蛾只用了40分钟,就飞完了这么长的路程。
奇怪的是,当他把一只雌蛾关进另一只透明而不透气的玻璃箱子里时,却没有一只雄蛾飞来。
这是为什么呢?究竟是什么指引着雄蛾找到雌蛾而向它求婚呢?
科学家们经过反复研究,发现昆虫是靠体内分泌的一种微量化学物质进行通讯联系的。这种微量化学物质称为“信息素”。信息素含有特殊的气味,在空气中迅速扩散。某一昆虫释放之后,同种的其他昆虫通过感受器接受;接受到的昆虫,就能知道对方所在的方位和提出的要求,这就是昆虫奇妙的“气味语言”。
原来,昆虫学家用来实验的那只雌蛾,腹部末端有一种腺体,雌蛾就是利用这种腺体释放出来的“性信息素”,引诱雄蛾前去“赴约”的。而雄蛾则是借助于触角上的嗅觉器官来接受雌蛾释放出来的“性信息素”,并辨别出雌蛾所在的位置。如果我们将雄蛾头部两根触角剪去,雄蛾就无法判定雌蛾的位置,即使将它们放在一起,雄蛾也无法找到雌蛾。但是,如果我们把性成熟而未交配过的雌蛾的腹部剪下,用有机溶剂提取,再将提取物滴在滤纸上,仍然会引诱来许多只雄蛾。这就说明,雌雄蛾之问,是通过“性信息素”的气味来保持相互联系的。
科学家们进一步研究昆虫的“信息素”,已经查明100多种昆虫的信息素的化学结构,并根据其化学结构和性能,以及引起昆虫的不同行为等特征,进行了分类。例如,引起同种异性个体产生性冲动与配偶行为的“性信息素”;帮助同类寻找食物,迁居异地指引道路的“示踪信息素”;通知同种个体对劲敌采取防御和进攻措施的“告警信息素”;召唤同种昆虫聚合过冬的“集合信息素”等。
奇妙的是,昆虫的信息素有它的专一性。一种雌虫分泌的性信息素,只对同种雄虫有作用,而对别种昆虫则毫无作用。因此,昆虫不会产生种族混乱的现象。一般来说,雌虫分泌的性信息素,作用距离较远,引诱力也强。科学家们根据这些特点,把害虫的性信息素制成了诱捕器,设在田间引诱害虫,起到很好的灭虫效果。科学家们又把性信息素和粘胶、灯光、水盆、杀虫剂和不育剂等结合起来,灭虫效果更佳。我国科学家还不断探索,反复实践,自1972年以来,人工合成了棉红铃虫、麦蛾等多种农业害虫的性引诱剂。如今,家庭使用的消灭蚊虫苍蝇的各种灭蚊剂,就是利用昆虫的信息素原理制成的,即可杀死害虫,又不杀害有益生物与人体,已经成为人们日常生活中不可缺少的用品。
奇特的动物语言
多姿多彩的鱼类语言
研究鱼类的科学家做过一个有趣的实验,他们把水下寻音机放入水域,发现水域并不是一个安静的世界,鱼类能发出各种各样的声音。科学家们进一步研究发现,每一类鱼的叫声有其特殊性,比较容易辨认,譬如,大黄鱼的声音像远处的马达声:“轰隆隆,轰隆隆”;小黄鱼的声音像青蛙在鸣叫:“呱呱呱,呱呱呱”;黄鲫鱼的声音像风吹树叶:“沙沙沙”;箱钝发出的声音像狗叫:“汪汪汪”;青鱼发出的声音像鸟鸣般的“唧唧啾啾”;成群结队的沙丁鱼则发出惊涛拍岸般的“哗啦一哗啦一”声;而同为比目鱼,声音变化多端,时而响若洪钟,时而脆似银铃,时而像大风琴雄浑的独奏,时而像竖琴和谐地齐奏……奇妙的鱼类声音组成了一曲动听的水底交响曲。
那么,鱼类所发出的不同声音到底有没有特定的含义呢?换句话说,这些声音是否具有类似人类语言的功能。
金丝猴呢?科学家们对此又进行了长期的跟踪分析研究,结果有了惊人的发现:原来鱼类的发声多半是有一定的生物学意义,主要是用来和同类或别种鱼类进行交流。譬如:鱼类如发现食物,就会用声音邀请同伴来分享;风平浪静的时候,经常可以看见鱼儿在一起成群结队地游玩散步;有时发出嘈杂声,那可能是在聊天,一旦遇到风吹草动,立即停止聊天,整个鱼群“呼啦”一声,向四面八方散去;遇到敌害时,不同的鱼发出不同的报警声。海鲫鱼的报警声像敲打金属似的“当当当”,这种声音不但给同伴通风报信,让它们赶快躲藏起来,还常使对手一时摸不清海鲫鱼的实力,不敢轻举妄动,海鲫鱼便趁机逃跑。
科学家们在研究中还发现,鱼类不仅仅通过声音“语言”来相互交流,而且有的鱼类还有其特异功能:通过“光语言”或“电语言”来互递信息。譬如,闪光鱼能利用发光菌来点“灯”,这只灯有两种作用:当闪光鱼遇到凶猛的敌人时,就会突然点亮“小灯”,“灯光”使敌人眼花缭乱,而闪光鱼趁机逃之夭夭另一个作用是,闪光鱼用“灯光”做通信工具,用它告诉伙伴们,这一片是它的地盘,请不要擅自闯入,否则绝不客气。此外,他们还能用“灯光”来互相交谈,成为鱼的“光语言”。
电鱼还能通过放电来进行交流,科学家们发现,在电鱼之间,其中的一条电鱼放出电脉冲,可以被另一条电鱼接受,这条电鱼接受到之后,就会放出电脉冲来回答。通过这种电波的“交谈”,双方可以了解对方的种类、年龄和性别等情况。电鱼能用不同的频率、不同波形的电脉冲来互通消息,电鱼放出的电脉冲竟然成为这类鱼的“电话”了。