糯米txt论坛☆+100仿生学-第5部分
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在炎夏之夜的野外；人们经常看到点点流动的淡黄色或淡绿色闪光。有时是单独一个；忽而又会成双成对。这便是从萤火虫腹部末端的发光器发出的〃求偶信号〃。雄萤先发出寻找配偶的闪光信号；〃有意〃的雌萤便发出回答闪光；凭着这种奇特的〃闪光〃语言；它们便在夜幕中默默幽会了。
萤火虫的发光器；由发光细胞层和反光细胞层构成。发光细胞含有荧光素和荧光酶；前者是光的产生者；后者是发光的催化剂。在荧光酶的作用下；荧光素在细胞内的水分参与下；与进入的氧化合而发出荧光。荧光酶每次发光后；因失去能量而〃熄灭〃；此时萤火虫体内的一种高能化合物——三磷酸腺苷（ATP）便使荧光素重新产生；继续发光。
在海面上；有时会发现银色的光带；有时又会涌出一团火球；那就是海洋生物发的光。海洋是发光生物云集的地方；它们像夜空中闪烁的点点繁星；给黑沉沉的海洋深处染上了瑰丽的色彩。海绵、珊瑚、海洋蠕虫、水母、甲壳类、蛤类、乌贼以及单细胞海生生物——海藻都能发光。
有一种称作〃钓鱼者〃的；又叫蛤蟆鱼；它生活在几十米至几千米深的海底；几乎完全失去了游泳能力。背鳍的第一棘特化为长长的丝状〃钓杆〃；顶端有一个像盏小类笼的膨大的发光器。游过的鱼类常把在水里摆动着的这盏小灯误认为是食物；上去就是一口；这时；就把大嘴一张；周围的水突然变成一股下陷流；随即又把〃钓杆〃往口中一甩；就坐食美餐了。
生物发光是〃化学发光〃的一种特殊形式。不同的生物；发光的形式也不尽相同；一般说来有三种：一种是细胞内发光、这种发光过程是在生物体内专门的发光器官里进行的。萤光虫的发光属于此种。
另外一种是细胞外发光。即生物把荧光素和荧光酶排出体外而引起的发
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光现象。如海洋里的一种小动物——海荧；就是这样发光的。
还有一种是〃共栖细菌发光〃；的发光属于此种。的那盏小灯笼里窝藏着一些发光细菌；它们靠供给养料；以它们为钓饵。
二者互相依存；形成一种特殊的共栖关系。
与人工光源相比；生物发光有着许多优点。电光源在发光过程中；灯丝一般要烧到3000℃的高温；90％以上的电能变成热能浪费掉了；因此叫〃热光〃。如普通的电灯泡的发光效率不到IO％；荧光灯也不过25％。而生物发出的是一种不放出热量的〃冷光〃；发光效率是100％；可将化学能全部转变成光能。
许多研究者正在深入探讨生物发光的机理；以求制造新型高效人工冷光源。人类大规模使用冷光源照明的日子；已经为时不远了。到那时；屋内涂有特殊发光物质的墙壁；白天接收阳光照射储存能量；夜晚便可〃大放光明〃！
气步与化学武器
自化学武器问世以来；曾给一些国家带来灾难；使无数人在化学战中丧生。因此；它遭到了全世界爱好和平人们的强烈反对；国际公约也明确禁止在战争中使用。但一些国家仍在不断地研究和生产。化学武器是怎样发明的呢？这还得从一种名叫气步的小虫那里谈起。
气步；肚子里有一个能进行化学反应的反应室。室一端通向肛门；另一端有两个管道；分别通向体内的两个腺体。这两个腺体一个生产对苯二酚；另一个生产过氧化氢。平时这两种化学物质分别贮存；不会相互接触。一旦遇到敌害；气步便猛地收缩肌肉；把这两种物质压入前面的反应室。在反应室里；过氧化氨酶使过氧化氢分解；放出氧分子；在过氧化物酶的作用下；对苯二酚被氧化成醌。反应放出大量的热；在气体压力下喷射出来的醌水化合物达到了沸点；就发生了爆炸声并形成一团烟雾；从而吓退前来威胁的各种敌人。
还有一种小动物的技术比气步更高一筹；在它的反应室里分解成的氢氰酸和苯甲酸；以蒸气形式喷射出去；一次喷的氢氰酸足以将几只耗子毒死。
在自然界里；使用〃化学武器〃防御敌害的小动物还不少。它们同气步的防卫原理一样；产生出醋酸、蚁酸、氢氰酸、柠檬酸等；对敌实施攻击或防御。现代火箭和化学武器的制造；使人们产生着一种神密感；殊不知；这还都是从小虫豸的化学战中得到的启示呢！
火箭里的液态氢和液态氧也是分别存放的；它们有管道通向反应室；火箭点燃后；将液氧、液氢压于反应室；氢和氧发生剧烈的化学反应；生成水和大量的热。水在这种高温下变成水蒸汽猛烈从尾喷管喷出去；产生强大的反作用力；推动火箭前进。化学武器所不同的是将反应室里反应所产生的有毒物质再由炸弹爆炸的冲击波散发出去。
化学武器作为一种人类相互残杀的工具是应当被禁止的；但小动物所给我们的启示并非只能制造化学武器。
生物膜的模拟
生物膜是指包围整个细胞的外膜。对于真核生物还包括处于细胞内具有各种特定功能的细胞器的膜；如细胞核膜、线粒体膜、肉质网膜等等；称为细胞内膜。生物膜是生物细胞的重要组成成分；它具有复杂的细微结构和各
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种独特的功能。对于生物膜的研究以及构成生命现象本质的许多问题；如能量转换、物质转换、代谢的调节控制、细胞识别、信息传递等都有密切的关系。真核细胞的膜约占细胞干重的70～50％；它不仅仅是包围细胞质的口袋；或者区分细胞内各细胞器的隔膜；而且作为一种结构为细胞提供了细胞空间内的支持骨架；使酶和其它的物质有秩序地排列在细胞内外的〃骨架〃
上；因而保证了细胞内有条不紊高效率地进行成千上百的各种反应；保证了生命活动的正常进行。
生物膜的构造是非常复杂的；它的成分主要是蛋白质和脂类物质；此外还有少量的糖、核酸和水。其中蛋白质约占60～75％；脂类占25～40％；糖类占5％左右。其中脂类物质规定膜的形态；蛋白质则赋予膜的特殊功能。
蛋白质与脂类的比例在不同的细胞膜是不同的；对于功能复杂的膜；其蛋白质的含量也比较高。
构成膜内脂类的主要成分是磷脂；它是一个两性分子。每一个磷脂分子由极性部分和非极性部分组成。生物膜中的磷脂呈双分子平行排列；极性部分排列于双层的外表面；非极性部分朝着膜的内部；这就形成了膜的基本结构。蛋白质和酶等生物大分子或者主要结合在膜的表面上或者可以由膜的外侧伸入膜的中部；有的甚至可以从膜的一侧穿透两层磷脂分子而暴露于膜的另一侧外。在暴露于膜外侧的蛋白质分子上有时还带有糖类物质。这些蛋白质、酶和糖类物质在生物膜的位置上并非固定不变；而是处于一种不断运动的状态。膜的各项生理功能主要是由蛋白质、酶、糖类决定的。
目前对于生物基本结构的了解；被认为是具有疏水性的膜蛋白与不连续的脂双层的镶嵌结构。对于水溶性的物质如金属离子、糖类、氨基酸等透过膜是一个〃屏障〃。但是活着的正常细胞；水溶性的小分子物质仍然可以穿透细胞膜；其中碘在细胞内的积累浓度比海水中高千倍以上。人体内在颈部气管的两旁有一种内分泌腺；称为甲状腺；甲状的腺泡细胞对于碘也具有很强的选择性摄取、浓缩和运转的能力。
细胞对某种物质所具有的浓缩功能；使某物质在细胞内的含量远远超过细胞外的数量；这种物质被输送到膜内是逆着浓度差进行的。这类输送过程称为〃主动输送〃；而且要消耗代谢能量。如果在主动输送过程中停止能量的供应；主动输送就变成〃促进输送〃；使膜内高浓度的物质顺着浓度差的方向将物质输送至细胞外；直至被输送的物质在细胞内外的浓度相等为止。
总之；膜的选择性输送功能；主要是由膜上的载体蛋白的作用实现的；载体的作用使膜提高了渗透率；且有高度的选择性。具有选择性的通透性是生物膜的一个特性；使细胞能接受或拒绝、保留（浓缩）或排出某种物质。
人们如果能模拟生物膜的输送功能；创造出选择性强、高效的分离膜；不仅具有重要的理论意义；而且在化学工业中也有很大的实用价值。目前；在模拟生物膜的〃促进输送〃和〃主动输送〃的功能方面取得了一些进展；利用液膜技术达到了对气体及溶液中离子的选择性分离的目的。
液膜分离技术是从70年代初发展起来的；它以模拟生物膜的〃促进输送〃为基础；是一种新方法、新技术。在液膜中加入适当的载体分子后；大大提高了液膜的渗透率和选择性；展示了良好的应用前景。
人工模拟生物膜输送物质的功能；把载体应用于化学分离；由此而产生的一种新的分离技术——液膜分离技术；为化学工业实现高速、专一分离目的开辟了一条新途径。人们可以根据不同的分离对象而设计不同的在液膜中进行的平衡反应。可以预料液膜分离技术在气体分离、海洋资源的开发和应
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用中将起到巨大作用。而对于生物膜化学模拟工作的广泛开展也将推动对生物膜的深入研究。
光合作用
象是大陆上现存的最大动物；高度达五米左右；鲤鲸是海洋中现存的最大动物；长约30米（与久已绝种的恐龙相比；仅仅有几米之差）；但它们还不是生物界中的〃最大者〃。世界上现存的最高大的树木——澳洲的按树；高度竟达155米；加里福尼亚的〃世界爷〃（由于树枝光秃秃的像猛犸的大牙齿一样；所以又称〃猛犸树〃；植物学家也常称它巨杉）可长到142米高；树木下部的直径也可达46米。
桉树的种子常常是有棱角的、棕褐色的细小颗粒；两棱角之间的最远距离也不过1～2毫米；但这么小的种子；仅仅经过七年左右的时间；就能长成一棵高达19米、粗为1。5米的大树了。这些寸步难行的植物；它们是依靠什么东西生长出来的呢？大概是从土壤中吸收而来的吧！过去人们一直是这样猜想的。
在17世纪；有人曾为此做了一个专门的试验：把一枝小柳树插在盆中；每天浇浇雨水；五年以后；惊奇地发现虽然柳树的体重从原来的五磅增加到169磅；但盆中的泥土只减少了0。02公斤。这个试验有力地证明；植物生长所需要的大部分东西；不是从土壤中吸取的。但究竟是从哪里来的呢？人们又想到了水。
由于水是植物原生质的重要组成部分；原生质内部含水量的多少；会直接影响到原生质的状态；如凝胶、溶胶、团聚体的相互转换等；严重的缺水往往会使胶体凝固而停止生命的活动；所以水在植物的生长中的确占有很重要的位置。植物在生长中所消耗的水；是很惊人的。据统计；一株向日葵在整个夏天要消耗250公斤左右的水；水稻每长成一公斤干物质就要消耗600～700公斤的水；甚至更多。
但人们又经过了近200年的研究；发现植物生长所需要的物质；光有水还是不行的。科学工作者曾仔细地进行过观察；发现植物的叶子是水分蒸发十分强烈的地方；因一般植物都具有很多的叶子；植物与空气的接触面积也非常大。如一棵中等大小的桦树；它大约有20万片叶子；如果按照每片叶子的平均面积为6平方厘米；则20万片叶子的总面积为1200平方米；这个数值相当于二亩土地的面积、由于这些原因；所以根吸收进来的水分；大约有99。8％通过叶子被蒸发掉了。
既然这样；那么在植物的生长过程中；究竟是什么东西在起作用呢？经过深入的研究；人们从分析空气的成分和有机物质的化学结构中知道；原来植物的生长和发育；除了水的作用之外；空气和阳光起着巨大的作用。计算表明；植物制造出一克糖；不仅需要吸收相当于2500升大气所包含的二氧化碳；而且还需要相当于四千卡的太阳能。
但阳光、大气和水；这三者在植物的生长过程中又是怎样起作用的呢？
这就是植物所独有的一种神秘的本领——光合作用。
光合作用；一般来说；是植物利用二氧化碳和水；在阳光的照射下；通过叶绿素吸收太阳的辐射能；把无机物变成碳水化合物的过程。这是奇妙的反应过程；为了探索它的秘密；近年来；人们对它进行了规模巨大的研究活动。1954年；人们将植物叶子中的叶绿素提取出来；并加入含有放射性同位
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素的二氧化碳；再放在阳光下照射；结果有趣地发现；叶绿素能生成放射性碳水化合物；并放出氧气。
叶绿素的这个本领是从哪里来的呢？为了揭开秘密；人们又用显微镜对植物的叶子进行了仔细的观察和分析；结果发现植物叶子中组成叶肉的细胞内存在大量的绿色〃小球〃（即叶绿体或叶绿球）。这些小球由基粒和间质两部分组成；它的外部还具有一层半透性的薄膜。基粒是叶绿体中许多圆碟形的非常微小的颗粒；它埋在同质之中；介质则主要由蛋白质所组成。在含有大量色素的基粒之中；还排列着一层层、一束束有次序的叶绿素分子。当光线照射到这些叶绿素分子时；它们就会利用日光的能量；把水和二氧化碳制成糖；糖就可以合成我们食用的淀粉；经过转变之后；也可以合成脂肪和蛋白质；在这个转化的基础上；也可以进一步合成维生素以及橡胶等重要原料。一般植物的叶绿素；都是呈绿色的；为什么不呈其它的颜色呢？有关的研究表明；原来光敏色素与植物的生活有很大的关系。科学工作者曾用不同波长的光进行试验；结果发现光谱中的红色光对于植物的发芽、生长、开花、结果能产生良好的促进作用；而绿色叶绿素又是吸收红光的能手。由于这个原因；在高等植物中；虽然其种类极其繁多；但都有一个共同的特点；即叶子都是呈绿色的。
在光合作用的过程中；光的影响是很大的。光能通过叶绿体吸收后；能迅速地将能量传给水分子；使水在光的照射下发生分解；在分解过程中不仅放出氧；同时还形成质子和电子。由叶绿素激发出来的电子；它们能像爬山一样；爬到一个高能的水平；然后通过许多传递体回到原来的水平；在电子的流动过程中；进行光合作用的两种最基本的东西也就形成了；电能变成了化学能。
人们发现许多不能食用的植物叶子不仅含有可以食用的蛋白质、脂肪、淀粉、胡罗卜素（人食用之后；在人体内可以转变成多种维生素）和抗血酸等物质。而且这些物质的含量；常常比种籽和块茎还要多；所以人们大胆地设想从叶子中直接提取可供食用的蛋白质等物质。但由于叶子一般含有大量的纤维素；可供食用的物质常常被包在由纤维素所组成的细胞壁里边；人们直接食用这些叶子；一般无法消化和吸收叶子中可供食用的物质；所以；科学工作者提出了一套
