书城科普自然的奥秘
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第15章 动植物的奥秘(3)

原来,这块草地上生长的草,细短而匀称,柔软如绸,而且长得很浓密。一到晚上,这块草地就一片光明,宛如被月亮照亮的大地一样。这些光是从哪里来的呢?

后来人们发现,光是草瓣发出来的。这种草能够制造一种叫“绿莹素”的荧光素,草瓣能发出光来。即使将这种草割下来晒干,它们也能在黑暗中闪耀很长一段时间才渐渐“熄灭”。

发光的“鬼树”

在山区的森林中,常常能见到许多朽木在夜晚闪闪发光。这些怪异的现象,曾经引起许多迷信与传说。现在已经知道,这都是一些真菌的“伎俩”。

森林中的密环菌,不仅能致大树于死地,而且会在夜间发出荧光。密环菌利用能发光的菌丝先侵入树木的根部,导致其根部腐烂,大树随即慢慢死去。然后,菌丝再沿树根逐步进入树干和枝叶,并以此为食为家。不久,原本茂盛的大树便变成了会发光的朽木。

除了朽木,有些生长旺盛的树木也会发光。在日本有一种高大的乔木,树干和树枝上寄生着一种会发光的菌类植物,在树上闪闪发光,夜晚远远望去,好像无数闪光的电灯泡。

在我国江西省井冈山地区有一种常绿阔叶树,叶子里含有磷。这种磷释放出来以后,会和空气中的氧气结合成为磷火。磷火能放出一种没有热度,也不能燃烧,但有光亮的冷光来。白天看不见,但在晴朗无风的夜晚,这些冷光聚拢起来,仿佛悬挂在山间的一盏盏灯笼,当地人叫它“鬼树”。

动物冬眠之谜

冬眠的动物

动物的冬眠是一种奇妙的现象。人们观察了若干种动物冬眠,发现了许多意想不到的现象。

在加拿大,有些山鼠冬眠长达半年。冬天一来,它们便掘好地道,钻进穴内,将身体蜷缩一团。它们的呼吸,由逐渐缓慢到几乎停止,脉搏也相应变得极为微弱,体温更直线下降,可以达到5摄氏度。这时,即使用脚踢它,也不会有任何反应,简直像死去一样,但事实上它却是活的。

松鼠睡得更死。有人曾把一只冬眠的松鼠从树洞中挖出,它的头好像折断一样,任人怎么摇撼都始终不会张开眼,更不要说走动了。把它摆在桌上,用针也刺不醒。只有用火炉把它烘热,它才悠悠而动,而且还要经过颇长的时间。

刺猬冬眠的时候,简直连呼吸也停止了。原来,它的喉头有一块软骨,可将口腔和咽喉隔开,并掩紧气管的入口。生物学家曾把冬眠中的刺猬提来,放入温水中,浸上半小时,才见它苏醒。

动物的冬眠真是各具特色,蜗牛是用自身的黏液把壳密封起来。绝大多数的昆虫,在冬季到来时不是“成虫”或“幼虫”,而是以“蛹”或“卵”的形式进行冬眠。

熊在冬眠时呼吸正常,有时还到外面溜达几天再回来。雌熊在冬眠中,让雪覆盖着身体。一旦醒来,它身旁就会躺着一两只天真活泼的小熊,显然这是冬眠时生产的幼仔。

动物冬眠的时间长短不一。西伯利亚东北部的东方旱獭和中国的刺猬,一次冬眠能睡上200多天,而苏联的黑貂每年却只有20天的冬眠。

动物冬眠之断食辟谷

人类对动物能够冬眠现象的研究已经有100多年了。近年来,美国科学家终于揭开了这个奥秘。实验证明,在一些动物的血液中存在着一种能够诱发动物冬眠的物质。经过无数次试验,科学家终于提炼出了这种诱发物质,这是一种类似荷尔蒙的特殊蛋白质,被称为“冬眠激素”。

科学家指出,动物冬眠是为了保持体内的能量、避免冻饿的一种对不利环境条件的适应和“自救”方式,寒冷、饥饿、疾病对冬眠动物是无能为力的。

动物在冬眠断食辟谷过程中,一方面是由于在冬眠的状态下,体温降低,能减少98%的代谢活动而适应外环境,酿成了整个生理活动的“沉睡”状态,也就是生命过程相对延长了,从而动物的寿命也就延长了;另一方面是由于在断食的状态下,刺激机体进行应激反应,重新调整机体内环境所存在的种种隐患和病灶,产生了推陈出新、优胜劣汰、脱胎换骨之效,从而便使动物防治了种种疾病。

对于动物冬眠而言,它既是一个适应外环境而延续生命的调节过程,又是一个适应内环境而防治疾病的调节过程。所以说,作为低级动物的动物而言,动物冬眠现象是其适应环境生存的一种重要功能。

动物冬眠之基因作用

美国科学家发现了动物冬眠的机理。北卡罗来纳大学的研究人员在黄鼠身上鉴别并绘制出了启动动物冬眠的两个基因,这两个基因控制合成对于冬眠至关重要的酶。

据当地媒体报道,该校马修·安德鲁博士等人,利用在黄鼠体内找到的一种基因,控制合成了胰腺甘油三脂酶,这种酶能分解以脂肪酸形式储存在体内的甘油三脂,然后将之转化成作为黄鼠冬眠时能量来源的脂肪。另一种基因则控制丙酮酸盐脱氢酶、激活酶和同功酶的合成,这些在饥饿时候被激发的酶,能帮助保持体内的葡萄糖储备,在冬眠开始时或即将开始前,两个基因都在黄鼠的心脏中得到了表达。

研究人员还发现,这些基因与在非冬眠动物身上找到的对等基因,几乎是一致的,但它们在冬眠与非冬眠动物身上的表达不一样,胰腺甘油三脂酶仅在非冬眠哺乳动物的胰腺中得到表达,却同时出现在黄鼠的胰腺和心脏中。

科学家若能鉴别出那些在冬眠这类极端状态下负责保护器官、降低血糖消耗和保持肌肉性能的酶,将能开发出延长移植用人体器官“保质期”的新方法,还可研制出诱导宇航员在长期太空旅行过程中安全进入类“冬眠”状态的方法。

动物冬眠之激素论

动物的冬眠,完全是一项对付不利环境的保护性行动。引起动物冬眠的主要因素,一是环境温度的降低,二是食物的缺乏。

科学家进行了几个世纪的研究。他们发现,动物皮层下有白色脂肪层,可以防止体内热量散发。在冬眠动物的肩胛骨和胸骨周围还分布有褐色脂肪,好像电热毯一样,产生的热量比白脂肪快20倍,而且环境温度越低,热量产生越快。当气温下降时,冬眠动物的感觉细胞向大脑发出信息,刺激褐脂肪里的交感神经,使动物的体温刚好保持在免于冻死的水平。

由此可见,动物在冬眠时期神经系统的肌肉仍然保持充分的活力,而新陈代谢却降低到最低限度。今天医学界所创造的低温麻醉、催眠疗法,便是因此而得到的启发。

动物为什么不会迷失方向

信鸽的导航能力

1991年8月,《新民晚报》报道一条消息:“上海的雨点鸽从内蒙古放飞后,历经20余天,返回市区鸽巢。”

信鸽这种惊人的远距离辨认方向的本领,实在是令人啧啧称奇。据资料,早在古埃及第五王朝的时候(约前2500~前2350)就有人把鸽子训练成快速而可靠的通讯工具。一直到无线电发明并得到广泛应用的第二次世界大战期间,信鸽仍在通讯战线上占有一席之地。

说一个故事来做例证。1943年11月18日,英军第56步兵旅要求空军轰炸德军的防御阵地,来配合步兵进攻德军。当英军飞机正要起飞时,一只名叫“格久”的军鸽及时地赶到,带来了十万火急的信件。原来英军已经冲破了德军的防线,有1000名士兵已经进入到德军的防御工事阵地中,要求立即撤销轰炸的命令。

好样的“格久”,由于它及时传递了命令,拯救了1000人的生命。英国伦敦市长特授予“格久”一枚“迪金勋章”!

生物罗盘

一家著名的研发定位图的公司曾做过一项民意调查,想弄清楚有多少人能够在陌生的地方辨别方向。来自13个国家的1.25万人参与了答题。结果表明,四分之一的人不借助专门的仪器就无法找到正确的方向;许多人承认,需要利用一些外在的标志来判断方向;只有7%的人表示,总能找到所需的道路。与此同时,大多数填表人认为,方位辨别能力是一种天生的、少有的能力。事实确实如此吗?

科学家们早就开始研究人是否具有辨识方向的天赋。古希腊时已有人思考,既然信鸽能够准确无误地找到回家的路,人行不行呢?曾发生过许多猫、狗在离开主人几万米后又顺利找到主人的事;每年候鸟迁徙,飞行路线经年不变;通过给鸟系戴标环的办法,也发现一些飞禽能一次又一次地顺利返回祖先栖息地。这就让人得出结论,动物有某种类似罗盘或导航仪的“仪器”,能够帮助它们准确地确定方位。这种“仪器”被称作“生物罗盘”。

生物罗盘的工作原理

多年来一直折磨着科学家们的问题是这种“生物罗盘”的工作原理。1975年,马萨诸塞大学的研究人员理查德·贝克莫尔发现一组能够准确地朝北极方向移动的微生物。动物体内所寄居的这些微生物含有微量的磁铁成分,随后在鸽子等许多动物体内都找到了这种成分。科学家在人脑的灰色物质中也找到了这种磁铁成分。科学家认定,这种磁铁就是“生物罗盘”的奥妙所在。

但这一说法未能得到证实,所有研究停留于纸面上。其后的实验,从技术上复制这一罗盘的尝试以失败告终。而且,“动物和人之所以能够确定方位,是因为磁极的存在”,这种说法本身也引起了研究者们强烈的反对。果真如此的话,鸟类飞到了磁场异常区,绝对会晕头转向,而且人类靠自身的生物机能很难确定方位。

移动时才启动生物罗盘

工程物理学家、生物学家什韦佐夫也是对磁场理论“不满”的人之一。他的研究从一种假设开始,即只有在某个空间内频繁移动的生物才需要这一空间的定向能力。他说:“如果一个生物生长在一个固定的地点,无需移动,则事实上也就不需要知道方向。只有必须从A点到B点时,才需要‘罗盘’。也就是说,只有在移动时定向系统才需要启动。”

在经过一系列的试验和测算后,什韦佐夫发现,当动物移动的时候,它的周围就会出现某种力场。这种力场是在循环移动与近地空间,即地球重力和昼夜更替共同作用下形成的。这种力会“晃动”动物的身体,仿佛一只无形的手。

现在剩下的主要问题就是搞清动物是如何组织“定位机能”的。为此需要找到动物体内记录和解读物理场信息的专门器官。没费多少周折就找到了,这就是动物的前庭,即那个所谓的“生物罗盘”。无论从角度、精度,还是稳定性来说,它都远远高于“磁罗盘”。任何磁场或其他障碍物都不会对它造成任何影响。

生物的天赋

进一步的研究表明,数字信息是从前庭器官通过神经——独特的“导线”进入动物大脑的。什韦佐夫认为,真正的“地图”就储存在动物的“灰色物质”里。这种“地图”实质上就像全球定位仪所使用的定位图。

区别仅仅在于,动物没有“误差”或“不准”这种概念,它们的一切都分毫不差。最主要的是,无论暴风雨,还是高压电线,抑或磁场异常,都不会影响它们的“导航仪”的工作。而且,所有这些带有“地图”的“生物仪”会一代代遗传下去,后代不用学习,天生具备这种能力。

人先天缺失这一功能,人天生没有生物罗盘。人的辨向是有意识的,而动物是无意识的。人能够借助外在的一些标记,例如太阳和月亮的位置,石头或树上的苔鲜等来判定方向。虽说人和任何一种动物一样,移动时也会在自身周围形成力场,“生物罗盘”的各个部件人体内都有,但这套系统对人不起作用。这是大自然的设计。

动物的寿命

玛士撒拉小虫

2005年,英国科学家在英国芬得克里夫兰郡的地下发现了“玛士撒拉小虫”,它是世界上最长寿的生物。玛士撒拉小虫是一种细菌,经过分析鉴定,这些目前依然活着的细菌的寿命为2.6亿年。

研究人员估计,玛士撒拉小虫的发现地曾经是一片浅水,后来水蒸发干净,它们与盐一起沉积下来。在漫长的演变过程中,它们适应了地下盐层的严酷条件,以盐层中的有机物维生,并且新陈代谢的速度变得极为缓慢,几乎接近于零。

这一发现为探索生命起源和外星生命提供了新的方向,既然在如此严酷的条件下还能有生命存活下来,那么,在过去人们认为不可能存在生命的地方也有可能找到生命。

最长寿的蛤类

2007年10月,英国科学家发现一种名为“明”的蛤类动物,它们经鉴定被确认为世界上最长寿的动物。明生长在冰岛海底,其贝壳上的纹理显示,它现在的年龄已达到405岁。明是一种圆蛤类软体动物,因为其生长初期正好处于中国明代而得名。此前人们发现的最长寿动物也是一只蛤,但“明”比它还要年长31岁。因为明贝壳上每条纹理的厚度取决于当时所处的环境,因此,人们可以以此为据,了解当时海底的生态环境以及气候变化。

最长寿的鱼

欧洲博物史中曾记载,世界上最长寿的鱼是条267岁的狗鱼。狗鱼身体修长,可达一米以上。吻很突出,尾鳍分叉。口生犬牙,性凶猛,吞食其他鱼类和水生动物。这种鱼属于冷水性鱼类,分布在北半球寒冷地区。狗鱼之所以寿命长,与它生活在寒冷地带有一定的关系。现存有8种狗鱼,我国只有一种,分布在黑龙江、松花江乌苏里江等地。这种鱼的肉非常鲜美,是人们喜爱的食品。

长寿的亚马逊鹦鹉

鸟类中的长寿者不少,如大型海鸟信天翁的平均寿命为50~60年,大型鹦鹉可以活到100岁左右。在英国利物浦,有一只名叫“詹米”的亚马逊鹦鹉,生于1870年12月3日,死于1975年11月5日,享年104岁,不愧为鸟类中的老寿星。

最长寿灵长动物

1992年2月19日,世界上寿命最长的灵长类动物死于美国佐治亚州亚特兰大耶科斯灵长类研究中心。它是一只黑猩猩,名为珈玛,年龄为59岁零5个月。

珈玛于1932年9月出生在耶科斯中心佛罗里达分部。

长寿的龟类加拉帕戈斯象龟

哈丽是一头大加拉帕戈斯象龟,相传是由英国进化论始创人达尔文于1835年在南太平洋加拉帕戈斯群岛捕获。最初住在英国,随后被送到澳洲“布里斯班城市植物公园”,生命中最后的17年再迁往“澳洲动物园”,成为园内的明星。2006年6月23日,它因心脏衰竭病逝,估计享年约175岁,是世界已知第三长寿乌龟,次于约188岁的马利拉和约255岁的阿德维塔。

因年代久远,有哈丽的资料,有多个版本,资料略有出入。普遍的说法是,1835年,达尔文从加拉帕戈斯群岛带走一批陆龟,当中包括哈丽,只如一个餐碟般大小,达尔文和船员在回航时亦曾吃过数十只陆龟,但哈丽幸免于难。也有传说指哈丽是在达尔文的船上孵化,生于1835年11月15日。不过,科学家对它是否达尔文研究进化论时所用的大陆龟,仍有争议。

DNA研究指它可能生于1830年,而且它的品种源自一个达尔文从未踏足的岛屿,但即使科学界对它的身世有所怀疑,亦不影响它的受欢迎程度。

2005年,动物园为它举行了最后一场生日会,职员还特意为它准备了大量红芙蓉属植物。

动物中的数学家

鹦鹉螺