1樓:匿名使用者
蒼蠅與宇宙飛船
令人討厭的蒼蠅,與巨集偉的航天事業似乎風馬牛不相及,但仿生學卻把它們緊密地聯絡起來了。
蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」,凡是腥臭汙穢的地方,都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」,它靠什麼來充當嗅覺的呢?
原來,蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分佈在頭部的一對觸角上。
每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通,內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」,這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈衝,送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈衝的不同,就可區別出不同氣味的物質。
因此,蒼蠅的觸角像是一臺靈敏的氣體分析儀。
仿生學家由此得到啟發,根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能,仿製成一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬,而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上,將引匯出來的神經電訊號經電子線路放大後,送給分析器;分析器一經發現氣味物質的訊號,便能發出警報。
這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙裡,用來檢測艙內氣體的成分。
這種小型氣體分析儀,也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理,還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。
從螢火蟲到人工冷光
自從人類發明了電燈,生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光,其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了,而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼,有沒有隻發光不發熱的光源呢?
人類又把目光投向了大自然。
在自然界中,有許多生物都能發光,如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等,而且這些動物發出的光都不產生熱,所以又被稱為「冷光」。
在眾多的發光動物中,螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色,光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率,而且發出的冷光一般都很柔和,很適合人類的眼睛,光的強度也比較高。
因此,生物光是一種人類理想的光。
科學家研究發現,螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞,它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。
在熒光酶的作用下,熒光素在細胞內水分的參與下,與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光,實質上是把化學能轉變成光能的過程。
早在40年代,人們根據對螢火蟲的研究,創造了日光燈,使人類的照明光源發生了很大變化。近年來,科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素,後來又分離出了熒光酶,接著,又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、atp(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿**性瓦斯的礦井中當閃光燈。
由於這種光沒有電源,不會產生磁場,因而可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。
現在,人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光,作為安全照明用。
電魚與伏特電池
自然界中有許多生物都能產生電,僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚,統稱為「電魚」。
各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏;非洲電鯰能產生350伏的電壓;電鰻能產生500伏的電壓,有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓,稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。
電魚放電的奧祕究竟在**?經過對電魚的解剖研究, 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。
由於電魚的種類不同,所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈稜形,位於尾部脊椎兩側的肌肉中;電鰩的發電器形似扁平的腎臟,排列在身體中線兩側,共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體,位於**與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱,但由於電板很多,產生的電壓就很大了。
電魚這種非凡的本領,引起了人們極大的興趣。19世紀初,義大利物理學家伏特,以電魚發電器官為模型,設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。
對電魚的研究,還給人們這樣的啟示:如果能成功地模仿電魚的發電器官,那麼,船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。
水母的順風耳
「燕子低飛行將雨,蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關係。沿海漁民都知道,生活在沿岸的魚和水母成批地遊向大海,就預示著風暴即將來臨。
水母,又叫海蜇,是一種古老的腔腸動物,早在5億年前,它就漂浮在海洋裡了。這種低等動物有**風暴的本能,每當風暴來臨前,它就遊向大海避難去了。
原來,在藍色的海洋上,由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次),總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到,小小的水母卻很敏感。仿生學家發現,水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄,柄上有個小球,球內有塊小小的聽石,當風暴前的次聲波衝擊水母耳中的聽石時,聽石就刺激球壁上的神經感受器,於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。
仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能,設計了水母耳風暴**儀,相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上,當接受到風暴的次聲波時,可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向,就是風暴前進的方向;指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種**儀能提前15小時對風暴作出預報,對航海和漁業的安全都有重要意義。
-- 結構構件
對於構件,在截面面積相同的情況下,把材料儘可能放到遠離中和軸的位置上,是有效的截面形狀。有趣的是,在自然界許多動植物的組織中也體現了這個結論。例如:
「疾風知勁草」,許多能承受狂風的植物的莖部是維管狀結構,其截面是空心的。支援人承重和運動的骨骼,其截面上密實的骨質分佈在四周,而柔軟的骨髓充滿內腔。在建築結構中常被採用的空心樓板、箱形大梁、工形截面鈑樑以及折板結構、空間薄壁結構等都是根據這條結論得來的。
-- 斑馬
斑馬生活在非洲大陸,外形與一般的馬沒有什麼兩樣,它們身上的條紋是為適應生存環境而衍化出來的保護色。在所有斑馬中,細斑馬長得最大最美。它的肩高140-160釐米,耳朵又圓又大,條紋細密且多。
斑馬常與草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鴕鳥等共外,以抵禦天敵。人類將斑馬條紋應用到軍事上是一個是很成功仿生學例子。。
補充( 最新發展):
仿生學與遺傳學的整合是系統生物工程(systems bio-engineering)的理念,也就是發展遺傳工程的仿生學。人工基因重組、轉基因技術是自然重組、基因轉移的模仿,還天然藥物分子、生物高分子的人工合成是分子水平的仿生,人工神經元、神經網路、細胞自動機是細胞系統水平的仿生,跟隨單基因遺傳學、單基因轉移發展到多基因系統調控研究的系統遺傳學(system genetics)、多基因轉基因的合成生物學(synthetic biology),以及奈米生物技術(nano-biotechnology)、生物計算(bio - computation、dna計算機技術的系統生物工程發展,仿生學已經全面發展到一個從分子、細胞到器官的人工生物系統(artificial biosystem)開發的時代。
2樓:匿名使用者
調查**對生物科學技術發展的報道
多姿多彩的生物,使地球上充滿了生機。人類的生存和發展同各種各樣的生物息息相關。自古以來,人類就不斷探索生物界的奧祕,從中獲益良多。
現代社會,生物科學在人類社會的各個領域發揮著日益重要的作用。人類社會與生物學的關係越來越緊密。
生物科學與社會的關係
隨著生物科學的發展,生物科學技術對社會的影響越來越大。這主要表現在以下幾個方面: 1.
影響人們的思想觀念,如進化的思想和生態學思想正在被越來越多的人所接受。 2.促進社會生產力的提高,如生物技術產業正在形成一個新興產業;農業生產力因生物科學技術的應用而顯著提高。
3.隨著生物科學的發展,將會有越來越多的人從事與生物學有關的職業。 4.
促進人們提高健康水平和生活質量,延長壽命。 5.影響人們的思維方式,如生態學的發展促進人們的整體性思維;隨著腦科學的發展,生物科學技術將有助於改進人類的思維。
6.對人類社會的倫理道德體系產生衝擊,如試管嬰兒、器官移植、人基因的人工改造等,都會對人類社會現有的倫理道德體系產生挑戰。 7.
生物科學技術的發展對社會和自然界也可能產生負面影響,如轉基因生物的大量生產改造物種的天然基因庫,可能會影響生物圈的穩定性。 理解科學技術與社會的關係,是科學素質的重要組成部分。因此,中學生課程中應當充實這方面的內容。
展望21世紀的科學技術
21世紀的科學研究將在四個層面上。
第一個層面是研究物質結構及其運動規律的物質科學,由此將深化人們對物質世界和字宙起源與演化的認識。
第二個層面是生命科學。20世紀末,人類基因組全部測序工作基本完成,預示著新世紀生命科學必將醞釀著新的突破,將引發對解讀基因密碼規律的探索,從而使人類在分子水平上能夠找到生命起源及其演化過程的譜系,發現生命遺傳、生殖與發育、生長與衰老、代謝與免疫等機制。同時通過對人類基因密碼的解讀.
-些重大的疾病基因將被發現,使危害人類生命的疾病得到**。
第三個層面是地球與環境科學。21世紀,地球與環境科學將更加註重人類與自然環境的協調發展,並從工業經濟時代的注重礦產資源,逐步轉移到重視新能源、水、耕地和生態資源,研究物件從陸地更多地拓展到海洋、太空等。
第四個層面就是對人腦與認知的研究。21世紀,人類將在腦科學、認知神經科學研究和人類起源與進化的幾個重大問題上取得突破性進展,這也將是科學發展的一個新高峰。腦與認知神經科學的進展將進一步揭示人類意識、思維的本質,為攻克腦的疾病提供基礎。
同時為開發智慧計算機、仿腦的資訊系統以及能像人一樣思維和動作的機器人創造了條件,這將對人類文明程序產生無可限量的影響。
生物科學與計算機技術的結合
20世紀後期,生物科學技術迅猛發展,無論從數量上還是從質量上都極大地豐富了生物科學的資料資源。資料資源的急劇膨脹迫使人們尋求一種強有力的工具去組織這些資料,以利於儲存、加工和進一步利用。而海量的生物學資料中必然蘊含著重要的生物學規律,這些規律將是解釋生命之謎的關鍵,人們同樣需要一種強有力的工具來協助人腦完成對這些資料的分析工作。
另一方面,以資料分析、處理為本質的電腦科學技術和網路技術迅猛發展?並日益滲透到生物科學的各個領域。於是,一門嶄新的、擁有巨大發展潛力的新學科——生物資訊學——悄然興起。
生物資訊學的誕生及其重要性
早在2023年,在美國田納西州蓋特林堡召開的首次「生物學中的資訊理論研討會」上,便產生了生物資訊學的概念。但是,就生物資訊學的發展而言,它還是一門相當年輕的學科。直到20世紀80—90年代,伴隨著電腦科學技術的進步,生物資訊學才獲得突破性進展。
2023年,林華安博士正式把這一學科命名為「生物資訊學」(bioinformatics)。此後,其內涵隨著研究的深入和現實需要的變化而幾經更迭。2023年,在美國人類基因組計劃第一個五年總結報告中,給出了一個較為完整的生物資訊學定義:
生物資訊學是一門交叉科學,它包含了生物資訊的獲取、加工、儲存、分配、分析、解釋等在內的所有方面,它綜合運用數學、電腦科學和生物學的各種工具,來闡明和理解大量資料所包含的生物學意義。
生物資訊學不僅是一門新學科,更是一種重要的研究開發工具。從科學的角度來講,生物資訊學是一門研究生物和生物相關係統中資訊內容與資訊流向的綜合系統科學。只有通過生物資訊學的計算處理,人們才能從眾多分散的生物學觀測資料中獲得對生命執行機制的系統理解。
從工具的角度來講,生物資訊學幾乎是今後所有生物(醫藥)研究開發所必需的工具。只有根據生物資訊學對大量資料資料進行分析後,人們才能選擇該領域正確的研發方向。
生物資訊學不僅具有重大的科學意義,而且具有巨大的經濟效益。它的許多研究成果可以較快地產業化,成為價值很高的產品。
科學技術的發展帶來的壞處,科學技術的發展帶來的壞處有哪些?
月嘆櫻息 1 原子物理理論的發展是的人類掌握了核能技術但是也帶來了廣島和長琦的核災難,帶來了人類五十年的 恐怖的和平 人類第一次具有了自己毀滅自己的能力。另外還有層出不窮的核事故,以蘇聯的切爾諾貝利最有名,化學的發展使得我們獲得了前所未有的改造自然的能力,但是我們的火.藥和炸.藥也傷害了數千萬計的人...
科學技術革命在社會發展中的作用,科學技術革命在社會發展過程中有哪些積極作用
三砂群島 1 對生產力要素的影響。2 其次科學技術促進生產關係的變革。由於生產力在社會發展中具有最終的決定意義科學技術帶來了生產力的變化必然要求生產關係也發生變革。3 對人們的經濟生活產生重要影響。科學技術對經濟生活的影響主要通過物質文明體現出來,而物質文明又主要表現在我們吃 穿 住 行等基本需要方...
科學給人帶來的好處有哪些,科學技術的發展給人類帶來的好處
love就是不明白 1 娛樂方面。現在的娛樂科技日新月異,智慧手機,平板電腦,vr,xbox等,讓我們的生活豐富多彩,讓我們能充分享受遊戲的世界。再加上無線技術,也就是wifi,讓我們聯機更加方便,和小夥伴一起玩遊戲也是很有樂趣的!2 工作方面。電腦的普及幫助我們完成了大量的工作,從辦公室的電腦到,...