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1、海洋与人类生活的关系第1页，本讲稿共10页海洋生物仿生学n n仿生学是一门年轻的科学。它的历史只有短短的仿生学是一门年轻的科学。它的历史只有短短的3636年，但是，她年，但是，她已展示出了强大的生命力，做出了许多很有价值的贡献。可以预已展示出了强大的生命力，做出了许多很有价值的贡献。可以预测，随着人类科学技术的发展，她的前途将是无量的。测，随着人类科学技术的发展，她的前途将是无量的。n n生物的进化已有生物的进化已有3535亿年以上的历史。海洋是地球上生命的摇篮，亿年以上的历史。海洋是地球上生命的摇篮，广阔而又深远的海洋，包括海洋生物在内，更有着无穷的奥秘等广阔而又深远的海洋，包括海洋生物在内
2、，更有着无穷的奥秘等待着人类去揭示。向海洋进军是我们今天十分迫切的任务，海洋待着人类去揭示。向海洋进军是我们今天十分迫切的任务，海洋仿生学的研究，将为人类向海洋进军提供新的途径，为海洋研究仿生学的研究，将为人类向海洋进军提供新的途径，为海洋研究提供新的方法，为人类开发利用海洋提供新的工具。提供新的方法，为人类开发利用海洋提供新的工具。第2页，本讲稿共10页海蜇“水母耳”仪器n n海蜇海蜇,早在早在5 5亿多年前就漂浮在海洋里亿多年前就漂浮在海洋里,是一种极古老的腔肠动物是一种极古老的腔肠动物,还是预报风暴最早、最准确的还是预报风暴最早、最准确的“顺顺风耳风耳”。因为它的。因为它的“耳朵耳朵”(
3、细柄上的小球细柄上的小球)中有小小的听石中有小小的听石,风暴产生时发出的次声波风暴产生时发出的次声波(由空气和波由空气和波浪摩擦而严生浪摩擦而严生,频率为频率为8 8赫兹赫兹-13-13赫兹赫兹,传播比风暴、波浪的速度快传播比风暴、波浪的速度快)冲击小小听石冲击小小听石“球球”壁的神经感壁的神经感受器受器,于是海蛰就稳约听到了即将来临的风暴的隆隆声于是海蛰就稳约听到了即将来临的风暴的隆隆声,便警惕地离岸游向大海避灾。便警惕地离岸游向大海避灾。n n人们模拟海蛰感受次声波的器官人们模拟海蛰感受次声波的器官,设计成功精确的设计成功精确的“水母耳水母耳”仪器。它由喇叭、接受次声波的共振器和把仪器。它
4、由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安装在船的前甲板上这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安装在船的前甲板上,喇叭做喇叭做360360旋旋转。当它接收到转。当它接收到8 8赫兹赫兹-13-13赫兹的次声波时赫兹的次声波时,旋转自动停止旋转自动停止,喇叭所指示的方向喇叭所指示的方向,就是风暴将要来临的就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。这种仪器方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。这种仪器,可提前可提前1515小时左右预报风暴。小时左右预报风暴。第3页，本讲稿共10页海洋节肢动物鲎n n鲎鲎,早在早在4 4亿多
5、年前出现于地球上亿多年前出现于地球上,是老资格是老资格的海洋节肢动物。但它进化不大的海洋节肢动物。但它进化不大,眼睛却很眼睛却很奇特奇特-有有4 4只。前面的两只小眼直径只有只。前面的两只小眼直径只有0.50.5毫米左右毫米左右,都有晶状体和视网膜；视网都有晶状体和视网膜；视网膜中有膜中有5050个个-80-80个感光细胞个感光细胞,对近紫外辐射对近紫外辐射最敏感最敏感,但刺激停止后但刺激停止后,小眼反应即降为零。小眼反应即降为零。n n对鲎行为影响最大的是两侧的复眼。受光束照射后对鲎行为影响最大的是两侧的复眼。受光束照射后,复复眼产生脉冲。一只眼受光束照射眼产生脉冲。一只眼受光束照射,一只眼
6、产主脉冲；一只眼产主脉冲；两只眼同时受光束照射两只眼同时受光束照射,两只眼同时产生脉冲两只眼同时产生脉冲,但比光但比光束照射一只眼时产生的脉冲的频率略低些。人类受其束照射一只眼时产生的脉冲的频率略低些。人类受其启示启示,研制成功一种电子模拟装置研制成功一种电子模拟装置,能解能解1010个元素构成个元素构成的网络方程的网络方程,应用这个原理制成的电视摄影机应用这个原理制成的电视摄影机,能在激能在激光下提供清晰度较高的电视影象。光下提供清晰度较高的电视影象。第4页，本讲稿共10页聪明的海豚n n海豚海豚 （英文：（英文：dolphindolphin）n n海豚科海豚科DelphinidaeDelp
7、hinidae：是：是鲸目鲸目中种类最多也中种类最多也是人们最熟悉的一科，其成员的体型和习性是人们最熟悉的一科，其成员的体型和习性有一定的差异，可以分成几个不同的有一定的差异，可以分成几个不同的亚科亚科，也有人分出不同的科。海豚科成员多也有人分出不同的科。海豚科成员多数体型较小，包括体型最小的数体型较小，包括体型最小的鲸鲸类，类，以以鱼鱼或或软体动物软体动物为食，也有些体型较大，为食，也有些体型较大，可以捕食其它海兽。海豚科从外形上可可以捕食其它海兽。海豚科从外形上可以区分称长喙、短喙和无喙的，背上多以区分称长喙、短喙和无喙的，背上多数有数有背鳍背鳍，也有少数无背鳍。海豚科成员，也有少数无背鳍
8、。海豚科成员以在热带沿海最为丰富，但是其它各海域以在热带沿海最为丰富，但是其它各海域也能见到，有些则可深入河流中。海豚科也能见到，有些则可深入河流中。海豚科中最著名的成员当属中最著名的成员当属宽吻海豚宽吻海豚Tursiops Tursiops truncatustruncatus，即常在海洋馆进行表演，即常在海洋馆进行表演的的海豚海豚。第5页，本讲稿共10页海豚的生活习性n n海豚属于海豚属于哺乳纲哺乳纲、鲸目鲸目、齿鲸亚目齿鲸亚目，海豚科海豚科，通，通称海豚，是称海豚，是体型体型较小的鲸类，共有近较小的鲸类，共有近6262种，分种，分布于世界各大洋。体长布于世界各大洋。体长1.21.24.2
9、4.2米，体重米，体重2323225225千克。海豚嘴部一般是尖的，上下颌各千克。海豚嘴部一般是尖的，上下颌各有约有约101101颗尖细的牙齿，主要以小颗尖细的牙齿，主要以小鱼鱼、乌贼乌贼、虾虾、蟹蟹为食。为食。海豚喜欢过海豚喜欢过“集体集体”生活，少则生活，少则几条，多则几百条。海豚是一种本领超群、聪明几条，多则几百条。海豚是一种本领超群、聪明伶伶俐俐的海中的海中哺乳动物哺乳动物。经过训练，就能打。经过训练，就能打乒乓球乒乓球、跳火圈等。除人以外，海豚的跳火圈等。除人以外，海豚的大脑大脑是动物中是动物中最发达的。最发达的。n n海豚是在水面换气的海洋动物，每一次换气可在水下海豚是在水面换气的
10、海洋动物，每一次换气可在水下维持二三十分钟，当人们在海上看到海豚从水面上跃维持二三十分钟，当人们在海上看到海豚从水面上跃出时，这是海豚在换气。同时，海豚的栖息地多为浅出时，这是海豚在换气。同时，海豚的栖息地多为浅海，很少游入深海。它们会在不同的地方进行不同的海，很少游入深海。它们会在不同的地方进行不同的活动，休息或游玩时，会聚集在靠近沙滩的海湾，捕活动，休息或游玩时，会聚集在靠近沙滩的海湾，捕食时则出现在浅水及多岩石的地方。食时则出现在浅水及多岩石的地方。第6页，本讲稿共10页潜艇与海豚潜艇与海豚 n n海豚的游泳速度每小时可达一百海豚的游泳速度每小时可达一百多千米，轻而易举地超过现代潜多千米
11、，轻而易举地超过现代潜艇的航速，海豚游泳快的秘密在艇的航速，海豚游泳快的秘密在哪里哪里?仿生学家解剖了海豚，发现仿生学家解剖了海豚，发现其皮肤的特殊构造是游得快的主其皮肤的特殊构造是游得快的主要原因。海豚的皮肤外面的表皮要原因。海豚的皮肤外面的表皮薄而富有弹性，里面的真皮像海薄而富有弹性，里面的真皮像海绵一样有许多突起，突起之间充绵一样有许多突起，突起之间充满了液体。这种皮肤能吸收和消满了液体。这种皮肤能吸收和消除阻碍前进的水流漩涡，使水流除阻碍前进的水流漩涡，使水流从它表面顺利通过，因而游得快。从它表面顺利通过，因而游得快。仿生学家模仿海豚的皮肤，用富仿生学家模仿海豚的皮肤，用富有弹性的有机
12、材料制成一种多层有弹性的有机材料制成一种多层的潜艇外壳，潜艇穿上这层人造的潜艇外壳，潜艇穿上这层人造“皮肤皮肤”，航行时阻力可减少一，航行时阻力可减少一半，航速提高了半，航速提高了1 1倍。倍。第7页，本讲稿共10页海豚的超声作用n n中国生物医学工程学会医学超声工程分会委员、中国中国生物医学工程学会医学超声工程分会委员、中国科学院声学研究所研究员牛凤岐则认为：科学院声学研究所研究员牛凤岐则认为：“海豚超声海豚超声波能激活大脑的说法还没有得到科学认证，这种波能激活大脑的说法还没有得到科学认证，这种说法近似于说法近似于 玄学玄学。”n n他指出超声波在医学上可用于超声诊断和超他指出超声波在医学上
13、可用于超声诊断和超声治疗。超声诊断有物理学原理的支撑和实践的声治疗。超声诊断有物理学原理的支撑和实践的反复证明。超声治疗中的理疗和超声刀等方面在反复证明。超声治疗中的理疗和超声刀等方面在原理和实践上已得到普遍认可，但是将超声用于原理和实践上已得到普遍认可，但是将超声用于自闭症治疗现在只算是一种空想。因为大脑思考自闭症治疗现在只算是一种空想。因为大脑思考层面的实验是很难进行的。现在对大脑的思考过层面的实验是很难进行的。现在对大脑的思考过程中的脑电波、脑电流的研究处在很初级的阶段，程中的脑电波、脑电流的研究处在很初级的阶段，超声波能激活大脑的说法在理论层面上就缺乏文超声波能激活大脑的说法在理论层面
14、上就缺乏文献佐证。献佐证。n n即使海豚疗法对自闭症患儿的康复有一定的作用，牛即使海豚疗法对自闭症患儿的康复有一定的作用，牛凤岐认为这也不能说明就是超声波在发挥作用。实验凤岐认为这也不能说明就是超声波在发挥作用。实验证明，在有些情况下的超声波理疗，其实是心理暗示证明，在有些情况下的超声波理疗，其实是心理暗示在起作用。总之，超声波能激活大脑的说法尚待证实。在起作用。总之，超声波能激活大脑的说法尚待证实。第8页，本讲稿共10页我们的创想：我们的创想：n n我们可以用动物们来做一个我们可以用动物们来做一个“军事勘察器军事勘察器”,而用他们分成而用他们分成3 3类类:第一类第一类:“陆地勘察器陆地勘察
15、器陆地勘察器陆地勘察器”:它是由蛇的身体做成的特殊机器它是由蛇的身体做成的特殊机器,因为因为蛇的身体小蛇的身体小,行走速度又快行走速度又快,非常敏捷非常敏捷,不不易被发现易被发现,用来勘视敌方是一个非常好的用来勘视敌方是一个非常好的选择选择;n n第二类第二类:“水底勘察器水底勘察器水底勘察器水底勘察器”:海豚身体为海豚身体为“流线形流线形”,游泳就当然是他的强项游泳就当然是他的强项,就就算被敌方发现都可以用他那敏捷的速度算被敌方发现都可以用他那敏捷的速度避开避开,他还可以救出落水的军人们呢他还可以救出落水的军人们呢;n n第三类第三类:“空中勘察器空中勘察器空中勘察器空中勘察器”:前面讲了两
16、种不前面讲了两种不容易发现的的地形容易发现的的地形,但是空中很容易被人但是空中很容易被人发现发现,但也许你们想也没想到但也许你们想也没想到,我是使用蚊我是使用蚊子的体形子的体形,因为蚊子特别得小因为蚊子特别得小,它也不仅只它也不仅只有勘察有勘察,它那吸人血的嘴还可以放麻醉毒它那吸人血的嘴还可以放麻醉毒,让敌方暂时晕倒呢让敌方暂时晕倒呢.第9页，本讲稿共10页展望未来n n目前，仿生学已越来越受到加倍重视。目前，仿生学已越来越受到加倍重视。2121世纪将是生物科学成果倍出的世纪，将是生世纪将是生物科学成果倍出的世纪，将是生物科学与其他科学技术密切融合、相互渗透和促进的时代。在生物科学方面，还远远
17、物科学与其他科学技术密切融合、相互渗透和促进的时代。在生物科学方面，还远远没有深入到它的本质中去，还有大量的谜底等待着人们去揭示。没有深入到它的本质中去，还有大量的谜底等待着人们去揭示。n n不论是从人类已有的自然科学历史及其已有的成果来看，还是从自然科不论是从人类已有的自然科学历史及其已有的成果来看，还是从自然科学发展应用趋势上来看，生物科学与技术科学的结合是不可避免的。它学发展应用趋势上来看，生物科学与技术科学的结合是不可避免的。它不仅能促进生命科学的发展，而且还给科学技术的发展提供一把万能的不仅能促进生命科学的发展，而且还给科学技术的发展提供一把万能的钥匙，使生物的种种奥妙无穷的机能成为人类科学技术的宝库。在这方钥匙，使生物的种种奥妙无穷的机能成为人类科学技术的宝库。在这方面，仿生学，特别是海洋仿生学将扮演一个十分重要的角色。面，仿生学，特别是海洋仿生学将扮演一个十分重要的角色。n n我们相信，在不久的将来，海洋仿生学一定会开出更加令人欣喜、更加我们相信，在不久的将来，海洋仿生学一定会开出更加令人欣喜、更加令人向往的奇花，放射出更加绚烂夺目的光彩令人向往的奇花，放射出更加绚烂夺目的光彩.第10页，本讲稿共10页