生命的曲线之谜
“螺旋——生命的曲线”,英国着名科学家柯克在研究了螺旋线与生命现象的关系后,曾感慨地说。此言不谬。
假若你是个有心人,你便会发现在生活中,应用螺旋线的例子俯拾皆是。
许多瓶与盖子的结合,靠的就是螺旋;欲开启一瓶法国干红,你必须借助一件带有螺旋线的工具;节假日去游乐场,你会发现你的孩子对高大的盘旋式滑梯很感兴趣,而那盘旋的轨迹便是螺旋;枪膛中的膛线、自来水龙头、钢笔、手电筒,以及自行车上的螺杆、螺钉、螺母等联接件和紧固件,也都离不开螺旋。
早在2000多年以前,古希腊数学家阿基米德就对螺旋线进行了研究。公元1638年,着名数学家笛卡尔首先描述了对数螺旋线,并列出了螺旋线的解析式。这种螺旋线有很多特点,其中最突出的一点则是它的形状,无论你把它放大或缩小都不会改变。就像我们不能把角放大或缩小一样。
这种螺旋线在自然界中分布广泛。一只蚂蚁以不变的速度,在一个匀速旋转的唱片中心沿半径向外爬行,蚂蚁本身就描绘出一条螺旋线;一个停在圆柱表面上的蜘蛛,要扑食圆柱表面上的一只蚊子,它在圆柱表面上的最佳路径也是一条螺旋线;蝙蝠从高处下飞,却是按着另一种空间螺旋线——锥形螺旋线的路径飞行的。甚至星体的运转轨迹,有的也是螺旋线。
在对银河系中部的气体密度进行为期3年的观察研究之后,日本国家天文台的中井直政博土认为,银河系是呈螺旋形的,即星体以圆心呈螺旋状向外扩展。
倘若你留心,你该知道牵牛花的藤总是向右旋转着往上爬的。科学上把这种右旋叫做“顺时针方向”。车前草的叶片也是螺旋状排列的,其间夹角为137度、30度、38度,这样的叶序排列,可以使相同的叶片获得最大的采光量,得到良好的通风。
其实,植物叶子在茎上的排列,一般都是螺旋状。此外,向日葵子在盘上的排列也是螺旋方式。
牛角同蜗牛壳一样,它们增生组织的几何顺序,竟是标准的对数螺旋线。奇怪的是,它们新增生出来的每一部分,都严格按照原先已有的对数螺旋结构增生,从不会改变,就像地球固定轨道围绕太阳旋转一样。
人的头发是从头发主囊中斜着生长出来的,它循着一定的方向形成旋涡状,这就是发旋,且有右旋和左旋之别。实际上,发旋是长在体表的毛旋,能使毛发顺着一定的方向生长。在野生兽类动物中,发旋(毛旋)具有保护自身和适应环境的作用。它可以使雨水顺着一定的方向消掉。就如披上了一层蓑衣,它们排列紧密,可避免有害昆虫的叮咬。此外,还有良好的保温作用。人类头发的这些作用虽然已经退化到微不足道的地步,其形式却保留了下来。
在自然界中,还有一些微观的生命螺旋需借助于电子显微镜方能看到。像我们平时吃的糖,无论它是用甘蔗汁制成的,还是用甜菜汁做的,它们的分子几何形状都是右旋的。近年来,人们合成了左旋糖,说也奇怪,这种糖只有甜味,却不产生热量。这是什么原因呢?科学家为我们揭开了这一秘密。原来,我们身体里的代谢酶只接受存在于自然界的右旋糖。
在人体内,一切氨基酸分子均是左旋,而淀粉分子则是右旋。传递生物遗传信息的脱氧核糖核酸(DNA),它巨大的分子有着盘梯式的双螺旋形状,这种螺旋从底部到顶端,一路都呈右旋。获得诺贝尔医学生理学奖的沃森,曾绘制出脱氧核糖核酸(DNA)双螺旋结构的分子模型,成为20世纪以来生物科学最伟大的发现之一。
难道螺旋线同生物的生长有什么内在的联系吗?为什么自然界中有这么多螺旋状的物体?它们为什么不能提其他形状?
科学家们尚无法解释,他们正从不同角度对自然界中的生命螺旋进行探索。
人体生物钟之谜
每当冬天来临,天气变冷时,大批的候鸟纷纷南飞,寻找越冬的栖息地:而当春归大地、万物复苏时,它们又归心似箭地飞回到久别的故乡。这似乎没有什么奇特之处,然而长期的观察发现,候鸟每年回归的时间总是趋近于一个确定的时间。这就容易使人产生猜疑:是否在生物体内存在着一种类似人间钟表的计时装置,它支配着生命有节律地活动?
人类自身地摆脱不了这类现象的困扰。这类现象早就引起了人们的注意和研究。最着名的要数19世纪末至20世纪初的维也纳心理学教授斯渥伯达和德国科学院院长弗里斯。他们是研究人体生命节律问题的先驱。他们以及他们以后的许多科学家的研究结果表明:不仅情绪和智力,而且血压、体温、心跳、脑电波、血液中的钙、钠离子的浓度等,都有明显的周期性。
那么是什么原因使人体产生了生命节律呢?
关于这个问题,传统的观点有两种。一种叫做外源说,一种叫做内源说。持外源说者认为,外部环境的广泛信息(如电磁场变化、地磁变化、重力场变化、宇宙射线、星运周期、月相变化等)是导致人体生命节律的动因。持内源说者则认为,生命节律取决于人体的内在因素,人体特有的固有机能是产生生命节律的根本和直接原因。
多少年来,内源说和外源说各执互不相让,莫衷一是。于是,关于生命节律的第三种学说便应运而生了。这就是人体与环境相互作用说。
相互作用说的主要观点是:人类及生物在进化的历程中,必须首先在生理、行为上适应环境的节律。因此,有机体的基因上留下了必然的自然节律痕迹,表现出天生的节律。但这种节律又受环境的影响,所以人体能根据环境状况加以调节。
人体的生命节律现象究竟如何解释,看来还有待人们不断地探索。
人体长毛之谜
人的身体平滑光洁,不像一般的哺乳动物那样长满长毛,但是人类的祖先——类人猿,却是全身长满浓密的长毛。曾经有人产下过“毛孩”,毛孩浑身长满浓密的长毛,智力却与常人无异,科学家将毛孩归于人类的返祖现象。
那么人的身上为什么不长满长毛呢?人又是在什么情况下褪去长毛的呢?对于这些疑点,有很多种说法。
一种说法认为,人类远祖在进化的过程中,出于卫生等原因,才使浓毛退化掉的。因为浓毛是寄生虫滋生的场所,人类祖先学会了狩猎之后,更容易将毛皮弄脏。有人观察发现,一种以动物尸体为食的秃鹫常常要把头伸到动物的尸体中去,于是头部常常沾满了动物的鲜血。长此以往,秃鹫头部的羽毛就显得很不卫生。所以,在长期的生物进化过程中,秃鹫头部的羽毛就渐渐褪去了。人类身上的体毛也会出于同一原因,像秃鹫头顶的羽毛那样褪得精光。但是,也有人表示异议:如果是出于卫生原因,那么黑猩猩的身体表面为什么长满了浓密的体毛?
于是又有人提出,浓密的体毛是用来御寒的。当人类学会了用火之后,似乎就不需要用体毛来御寒了,毛皮显得多余。所以,人类在学会了用火之后,用于御寒的毛皮就渐渐脱落,人逐渐成为皮肤光滑、仅长汗毛的动物。但是要证明这一点,证据还不够充分。
另一种说法认为,人在狩猎的过程中需要长途奔跑而在奔跑的途中人会出汗。长满全身的长毛很不利于身体散热,并且还形成了一定的阻力,使人跑不快。褪去长毛,自然会多出汗,更好地散热。失去了长毛的人在寒冷的夜晚无法抵御严寒,所以在皮肤底下产生了厚厚的一层脂肪,用来抵御严寒。