大自然是人類的老師課件

大自然是人類的老師

仿生學(xué)大自然是人類的老師目錄什么是仿生學(xué)螢火蟲與冷光鳥兒與飛機(jī)鯨魚和潛水艇啄木鳥為什么不會(huì)“腦震蕩”青蛙與電子眼蝙蝠的回聲定位與雷達(dá)含羞草為什么會(huì)“害羞”呢牽牛花為什么由藍(lán)色變紅色人類根據(jù)雞蛋殼的啟示創(chuàng)造了什么大自然是人類的老師什么是仿生學(xué)？仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在上世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)就是將其他動(dòng)物或植物上的優(yōu)點(diǎn)吸取并應(yīng)用于科技上。大自然是人類的老師螢火蟲——人工冷光科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的發(fā)光器位于腹部。這個(gè)發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個(gè)發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光，實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過(guò)程。早在40年代，人們根據(jù)對(duì)螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。大自然是人類的老師螢火蟲與冷光

螢火蟲在夏日夜晚發(fā)出的光,和太陽(yáng)光以及各種電燈光都不一樣。太陽(yáng)依靠核聚變來(lái)發(fā)光,電燈依靠電流對(duì)燈絲的加熱,它們?cè)诎l(fā)光時(shí)都伴隨有熱的產(chǎn)生。因此,人們稱它們?yōu)闊峁庠?。螢火蟲發(fā)出的光,是由體內(nèi)一系列特殊的化學(xué)反應(yīng)引起的。由于它能100%地將能量轉(zhuǎn)換成光能,不產(chǎn)生熱量,人們就稱它為冷光源。

螢火蟲的特異功能是由它體內(nèi)所含的熒光素、熒光酶和氧氣相互作用的結(jié)果。熒光酶是一種蛋白質(zhì),是發(fā)光的催化劑,在它的作用下,熒光素便和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成氧化熒光素。在這個(gè)化學(xué)反應(yīng)中,每氧化一個(gè)熒光素分子就發(fā)射出一個(gè)光子,因而反應(yīng)所產(chǎn)生的能量全部以光的形式釋放出來(lái)。自然界能夠發(fā)光的生物還有許多種。有一種甲殼動(dòng)物,在它們由干燥變成潮濕的時(shí)候,能發(fā)出輝光。第二次世界大戰(zhàn)中,日本兵感到較強(qiáng)的燈光危險(xiǎn)性太大,就在干燥的甲殼動(dòng)物上吐一點(diǎn)兒唾沫,它發(fā)出的光足夠閱讀一張地圖。生物發(fā)光的強(qiáng)度雖然不大,但卻給人們研究新光源以重要啟示。2大自然是人類的老師生物與飛機(jī)—飛鳥與飛機(jī)飛鳥的體形和翅膀在滑進(jìn)飛行時(shí)與飛機(jī)的飛行極為相似鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奧那多·達(dá)·芬奇和他的助手對(duì)鳥類進(jìn)行仔細(xì)的解剖，研究鳥的身體結(jié)構(gòu)并認(rèn)真觀察鳥類的飛行。設(shè)計(jì)和制造了一架撲翼機(jī)，這是世界上第一架人造飛行器。大自然是人類的老師鯨魚和潛艇的“鯨背效應(yīng)”當(dāng)代核潛艇能長(zhǎng)時(shí)間潛航于冰海之下，但若在冰下發(fā)射導(dǎo)彈，則必須破冰上浮，這就碰到了力學(xué)上的難題。潛舴專家從鯨魚每隔10分鐘必須破冰呼吸一次中得到啟迪，在潛艇頂部突起的指揮臺(tái)圍殼和上層建筑方面，作了加強(qiáng)材料力度和外形仿鯨背處理，果然取得了破冰時(shí)的“鯨背效應(yīng)”。7“鯨魚”—“潛水艇”？大自然是人類的老師啄木鳥為什么不會(huì)腦震蕩？

據(jù)科學(xué)家測(cè)定，啄木鳥在啄食時(shí)，頭部擺動(dòng)速度相當(dāng)于每小時(shí)2092公里，比時(shí)速55公里的汽車快37倍。它啄木的頻率達(dá)到每秒15—16次。由于啄食的速度快，因此啄木鳥在啄木時(shí)頭部所受沖擊力等于所受重力的1000倍，相當(dāng)于太空人乘火箭起飛所受壓力的250倍。啄木鳥啄木時(shí)所承受的沖力這樣大，那它為開么不會(huì)患腦震蕩呢?

原來(lái)，啄木鳥的頭骨十分堅(jiān)固，其大腦周圍有一層綿狀骨骼，內(nèi)含液體，對(duì)外力能起緩沖和消震作用，它的腦殼周圍還長(zhǎng)滿了具有減震作用的肌肉，能把喙尖和頭部始終保持在一條直線上，使其在啄木時(shí)頭部嚴(yán)格地進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。大自然是人類的老師8青蛙與電子眼為了弄清楚為什么青蛙一定要等飛蛾起飛才發(fā)動(dòng)攻擊，仿生學(xué)家對(duì)青蛙進(jìn)行了特殊的實(shí)驗(yàn)研究。原來(lái)，蛙眼視網(wǎng)膜的神經(jīng)細(xì)胞分成五類，一類只對(duì)顏色起反應(yīng)，另外四類只對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的某個(gè)特征起反應(yīng)，并能把分解出的特征信號(hào)輸送到大腦視覺(jué)中樞——視頂蓋。視頂蓋上有四層神經(jīng)細(xì)胞，第一層對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的反差起反應(yīng)；第二層能把目標(biāo)的凸邊抽取出來(lái)；第三層只看見目標(biāo)的四周邊緣；第四層則只管目標(biāo)暗前緣的明暗變化。這四層特征就好像在四張透明紙上的畫圖，迭在一起，就是一個(gè)完整的圖像。因此，在迅速飛動(dòng)的各種形狀的小動(dòng)物里，青蛙可立即識(shí)別出它最喜歡吃的蒼蠅和飛蛾，而對(duì)其他飛動(dòng)著的東西和靜止不動(dòng)景物都毫無(wú)反應(yīng)。

弄清了蛙眼的原理和結(jié)構(gòu)，仿生學(xué)家就發(fā)明了電子蛙眼。大自然是人類的老師3蝙蝠的回聲定位與雷達(dá)雷達(dá)是一種神奇的電學(xué)器具，它由電磁波往返時(shí)間，測(cè)得阻波物的距離。假如你問(wèn)雷達(dá)是誰(shuí)發(fā)明的？在芬克的雷達(dá)機(jī)械中說(shuō)，“雷達(dá)的發(fā)明，不能專歸于某一位科學(xué)家，乃是許多無(wú)線電學(xué)工程師努力研究，加以調(diào)準(zhǔn)而成?！痹趹?zhàn)時(shí)，美國(guó)麻省理工學(xué)院由五百位科學(xué)家和工程師致力于雷達(dá)的研究。希奇得很，在自然界中，你找得到神為某種動(dòng)物所豫備的雷達(dá)。在一九四七年一月號(hào)的英國(guó)奮勉雜志上，科學(xué)家B.Vesey-Fitzgerald發(fā)表了一篇很有趣的文本，給我們解釋蝙蝠在黑暗中如何指導(dǎo)自己飛行，不論如何黑暗，如何狹窄的地方，絕不碰壁，這是什么原因？它怎樣知道前面有無(wú)障礙呢？關(guān)于這事有兩位美國(guó)生物學(xué)家格利芬和迦朗包在一九四○年已經(jīng)證明，蝙蝠能夠避免碰撞，是藉一種天然雷達(dá)，不過(guò)是聲波代替電磁波，在原理方面完全相仿。從蝙蝠口中發(fā)出一種頻率極高的聲波，超過(guò)人類聽覺(jué)范圍以外，二位科學(xué)家藉著一種特制的電力設(shè)備，在蝙蝠飛行時(shí)，將它所發(fā)的高頻率聲波記錄出來(lái)。這種聲波碰到墻上，必然折回，它的耳膜就能分辨障礙物的距離遠(yuǎn)近，而向適宜方向飛去。蝙蝠傳輸聲波也像雷達(dá)一樣，都是相距極短的時(shí)間而且極有規(guī)則，并且每只蝙蝠，有其固有的頻率，這樣蝙蝠可分清自己的聲音，不至發(fā)生擾亂。因這緣故，蝙蝠飛行之時(shí)，常是張口，假如你將它口緊閉，它便失去指揮作用，假如堵上它的耳朵，便要撞到墻上，無(wú)法飛行。這個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，道破了它的秘密。大自然是人類的老師仿生造型設(shè)計(jì)含羞草為什么會(huì)“害羞”？原來(lái)，在它的葉柄基部有一個(gè)膨大的器官叫“葉枕”，葉枕內(nèi)生有許多薄壁細(xì)胞，這種細(xì)胞對(duì)外界刺激很敏感。一旦葉子被觸動(dòng)，刺激就立即傳到葉枕，這時(shí)薄壁細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞液開始向細(xì)胞間隙流動(dòng)而減少了細(xì)胞的膨脹能力，葉枕下部細(xì)胞間的壓力降低，從而出現(xiàn)葉片閉合、葉柄下垂的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)1-2分鐘細(xì)胞液又逐漸流回葉枕，于是葉片又恢復(fù)了原來(lái)的樣子。羞草的葉子之所以含會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是一種生理現(xiàn)象，也是含羞草在系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)外界環(huán)境長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果。因?yàn)?，含羞草原產(chǎn)于熱帶地區(qū)，那里多狂風(fēng)暴雨，當(dāng)暴風(fēng)吹動(dòng)小葉時(shí)，它立即把葉片閉合起來(lái)，保護(hù)葉片免受暴風(fēng)雨的摧殘，因而逐漸形成了這一生理現(xiàn)象。大自然是人類的老師牽?；槭裁从伤{(lán)色變紅色？光照：花青素合成需要光誘導(dǎo)，強(qiáng)光下花青素合成旺盛；光質(zhì)：對(duì)于牽牛之類的植物來(lái)說(shuō)，紫外光有利于花青素合成；溫度：低溫有利于游離糖積累，促進(jìn)花色素形成，會(huì)使花色變深；

糖類：是合成花色素的能量來(lái)源，也有調(diào)節(jié)滲透壓的左右。光合作用可能有利于糖積累；其它因素：如PH值較高時(shí)，花青素為藍(lán)紫色，而PH較低時(shí)為紫紅色，牽牛的花期大概就是一天，隨著花的成熟PH會(huì)升高，顏色變深。大自然是人類的老師生物與建筑薄殼結(jié)構(gòu)人類根據(jù)雞蛋殼的啟示創(chuàng)造了什么？一個(gè)人握住一個(gè)雞蛋使勁地捏，可是無(wú)論怎樣用力，也不能把雞蛋捏碎。薄薄的雞蛋殼怎么這樣堅(jiān)固呢？科學(xué)家懷著極大的興趣研究了這個(gè)問(wèn)題，終于發(fā)現(xiàn)薄薄的蛋殼之所以能承受這么大的壓力，是因?yàn)樗軌虬咽艿降膲毫鶆颍▂ún）地分散到蛋殼的各個(gè)部分。建筑師根據(jù)這種“薄殼結(jié)構(gòu)”的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出許多既輕便又省料的建筑物。人民大會(huì)堂和北京火車站以及其他很多著名建筑，屋頂都是這種“薄殼結(jié)構(gòu)”。大自然是人類的老師仿生造型設(shè)計(jì)

鳥類的蛋具有如此大的承受力,是與它特有的蛋形曲線和科學(xué)的結(jié)構(gòu)分不開的.蛋的結(jié)構(gòu)有3層,外層為表皮層,又稱閃光層