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仿生學(xué)
仿生學(xué)(Bionics)這個(gè)名詞來(lái)源于希臘文“Bion”,其含意是生
命的單位,并不是大家所想象的那樣認(rèn)為仿生學(xué)就是把生物學(xué)和電子
學(xué)兩門學(xué)科合并起來(lái)。事實(shí)上,仿生學(xué)的研究涉及到其它許多學(xué)科。
具體地講,仿生學(xué)主要是觀察,研究和模擬自然界生物各種各樣的特
異本領(lǐng),諸如生物本身特殊的結(jié)構(gòu),各種器官的功能,體內(nèi)物理和化
學(xué)的過(guò)程,能量的供給,信息的加工,記憶與傳遞等等,以便將這
些優(yōu)異的性能移植到科學(xué)技術(shù)中去,來(lái)改善老的,創(chuàng)造新的各式各樣
自動(dòng)裝置,調(diào)節(jié)系統(tǒng);提供效率高,可靠性好,動(dòng)作靈活,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,
體積小重量輕,價(jià)格4氐,最接近于生命系統(tǒng)的技術(shù)裝置。
應(yīng)該注意的是,仿生學(xué)不只是單純地模仿生物的卓越功能,并巧
妙和精確地應(yīng)用到工程技術(shù)上。同時(shí),仿生學(xué)又通過(guò)對(duì)自然界所發(fā)生
的現(xiàn)象進(jìn)行探索,究其因果,思索對(duì)策,設(shè)法人為預(yù)測(cè)預(yù)防乃至控制
危及人類文明社會(huì)的嚴(yán)重災(zāi)害。應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)代仿生學(xué)已不僅僅是電子
學(xué),工程機(jī)械學(xué)與生物學(xué)的結(jié)合,而和幾乎當(dāng)今所有理工學(xué)科都有著
密切的關(guān)系,已經(jīng)形成了多學(xué)科邊緣上的一門沒(méi)有學(xué)科邊界的大學(xué)
科。很難舉出一個(gè)例子說(shuō)明一個(gè)學(xué)科是與仿生學(xué)沒(méi)有關(guān)系的,生物學(xué)
就不去說(shuō)了,生理學(xué),神經(jīng)學(xué),心理學(xué),流行病學(xué),電子學(xué),物理學(xué),
生物物理學(xué),醫(yī)學(xué),化學(xué),數(shù)學(xué),空氣動(dòng)力學(xué),計(jì)算技術(shù),通訊,自
動(dòng)化學(xué),控制論,航空和航海工程都和仿生學(xué)有密切的關(guān)系,并形成
了一批新型專業(yè),諸如仿生化學(xué),仿生機(jī)械學(xué),仿生設(shè)計(jì)學(xué),機(jī)器人
學(xué)等等。
分析和回顧十八至二十世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷程,我們不難發(fā)現(xiàn)
許多重大發(fā)明創(chuàng)造都得益于仿生學(xué),盡管早期沒(méi)有一位學(xué)者給它一個(gè)
確切的定義,但是人類的天性就是善于探索和模仿,沒(méi)有這一條恐怕
人類的進(jìn)步就沒(méi)有那么快了。仿生學(xué)與人類社會(huì)的進(jìn)步切切相關(guān),它
是一門促進(jìn)人類進(jìn)步和發(fā)展的學(xué)科。在接近二十一世紀(jì)時(shí),人類進(jìn)入
到科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的程度,要想解決許多諸如完全智能化的機(jī)器
人,與人體相融合的人造器官,細(xì)胞死亡的程式及至生命起源等大難
題,首先還是要探索自然界中生物最高的活動(dòng)形式一生命活動(dòng)的全過(guò)
程,重視對(duì)生物原型的研究,探討和學(xué)習(xí)其中的奧妙。為什么呢?其
實(shí)我們仔細(xì)想一想,我們目前所碰到的問(wèn)題,對(duì)生物界本身而言是很
早以前就解決了的。生物界為了解決這些問(wèn)題幾乎化了十億年的時(shí)
間。這些問(wèn)題的解決已經(jīng)不是能不能或行不行的問(wèn)題,因?yàn)榻鉀Q這些
問(wèn)題的方法早就存在了。剩下的問(wèn)題倒是我們?nèi)绾螐纳锝绫旧砗痛?/p>
自然上去尋找,去學(xué)習(xí)和模仿,然后再能解出如何解決問(wèn)題的答案和
方法,這就是現(xiàn)代仿生學(xué)所面臨的艱巨任務(wù)。
圖1
圖1-1昆蟲(chóng)身體結(jié)構(gòu);1-2仿生昆蟲(chóng)翅膀
科普知識(shí):
昆蟲(chóng)是自繪界中種類景多、數(shù)量景大、今布景廣的一類2物。
說(shuō)它種類多,是因,全球已經(jīng)笈道的代物種類,/勿乃種,已知
禺蟲(chóng)種類占了60%之為。
說(shuō)它數(shù)量大,是國(guó)名有時(shí)一個(gè)禺蟲(chóng)樨體的個(gè)體數(shù)量可達(dá)幾十萬(wàn),,
象小麥唳漿蟲(chóng)或皮大面積龍害時(shí),一奇也可有然多方個(gè)個(gè)體,在熱
帶雨林中每平方米的土壤中可有M方H株尾目昆蟲(chóng)。所山從某種意
會(huì)上來(lái)說(shuō),昆蟲(chóng)也是地嫁的;人。
說(shuō)它合啼廣,是因%它系僅幺活在我們假或得的地方,就是人類
無(wú)法皮病的地區(qū),都有昆蟲(chóng)的痛在。以禰道到兩極,從河流到沙溪,
M幾米源的土壕刎世界的洋等--球幫助媽峰,都有昆蟲(chóng)的府皮。
昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室:
昆蟲(chóng)的身體合名要、購(gòu)、朦三梆今。頭梆是它的感覺(jué)右取金中芯,
有觸角、復(fù)眼、口器等。購(gòu)都是它的運(yùn)劭中芯,帝3對(duì)足,2
對(duì)翅膀。腹部是咳殖中,0,宜耍有藝殖系統(tǒng)我大梆今內(nèi)臟器官。
伶如現(xiàn)察野外的各種昆蟲(chóng)的形態(tài)和特征。
動(dòng)腦筋:
在現(xiàn)實(shí)?活中,馀知道哪些與昆蟲(chóng)相關(guān)的仿藝物品或例37
昆蟲(chóng)的形態(tài)與仿生
1.昆蟲(chóng)的復(fù)眼與目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)
幾個(gè)世紀(jì)以來(lái),眼睛的特異功能引起了眾多生物學(xué)家和生理學(xué)們
的興趣。因?yàn)閯?dòng)物眼睛的靈敏度和分辨率遠(yuǎn)比人類視覺(jué)高。
昆蟲(chóng)的眼睛在動(dòng)物界中占有獨(dú)特的地位。一般昆蟲(chóng)都在頭部長(zhǎng)著
單眼和復(fù)眼兩種眼睛,當(dāng)然也有個(gè)別昆蟲(chóng)種類頭上長(zhǎng)好幾個(gè)眼睛。昆
蟲(chóng)的單眼在視覺(jué)中一般僅起辨別明暗;復(fù)眼是昆蟲(chóng)的主要視覺(jué)器官,
具有識(shí)別物體的形象和辨別色彩。每個(gè)復(fù)眼都由幾千個(gè)小眼所組成。
螞蟻的復(fù)眼一般只有50個(gè)左右的小眼所組成,它的視覺(jué)比較差些。
蜻蜓的視覺(jué)比較發(fā)達(dá),復(fù)眼呈不同顏色,有綠色,有褐色,有一萬(wàn)多
個(gè)小眼所組成。它的眼睛分上下二部分,分別由不同的小眼所組成,
有著不同的視覺(jué)功能。蜻蜓的眼睛能見(jiàn)到6米內(nèi)的運(yùn)動(dòng)物體,還具有
測(cè)速功能。又因頭部能任意轉(zhuǎn)180度,所以它的視野就比較寬。
昆蟲(chóng)的復(fù)眼按其生活習(xí)性的不同而差異很大。根據(jù)成像方式的不
同,復(fù)眼一般分成三類:白天活動(dòng)的昆蟲(chóng),如蜻蜓,各個(gè)小眼的視細(xì)
胞緊挨著角膜體光學(xué)系統(tǒng),外界的光只能經(jīng)由一個(gè)小眼的角膜體光學(xué)
系統(tǒng)達(dá)到該小眼的視覺(jué)細(xì)胞。對(duì)于外界的一切物體,這類復(fù)眼的每個(gè)
小眼都能成像,整個(gè)復(fù)眼形成的是由許許多多部分組合起來(lái)的物體的
聯(lián)立鑲嵌像,這類復(fù)眼稱為“聯(lián)立型復(fù)眼”。夜間活動(dòng)的昆蟲(chóng),如螢
火蟲(chóng),各個(gè)小眼的視覺(jué)細(xì)胞距它的角膜體光學(xué)系統(tǒng)有一段距離,外界
的光經(jīng)過(guò)許多小眼的角膜體光覺(jué)系統(tǒng)而達(dá)到一個(gè)小眼的視覺(jué)細(xì)胞,從
而起到光放大作用,這是適應(yīng)夜晚光線微弱的生活環(huán)境的。這類復(fù)眼
每個(gè)小眼的角膜體光學(xué)系統(tǒng)可以形成一個(gè)像,在視覺(jué)細(xì)胞水平上又都
重疊在一起成為一個(gè)綜合像,因此稱為“光學(xué)重疊型復(fù)眼”。蒼蠅的
復(fù)眼與上述兩種復(fù)眼不同,它兼顧了聯(lián)立型和光學(xué)重疊型兩類復(fù)眼的
特點(diǎn)。它的角膜體光學(xué)系統(tǒng)類似于前者,而視覺(jué)效果又類似于后者,
只是在蠅眼中不是光信號(hào)的重疊,而是神經(jīng)電信號(hào)在視中樞水平上的
疊加。因此,蒼蠅的復(fù)眼稱為“神經(jīng)重疊型復(fù)眼”。
將一只蒼蠅放在高倍解剖鏡下仔細(xì)觀察一下它的頭部,將會(huì)看到
它原來(lái)長(zhǎng)著五只眼睛;頭頂部的三只稍小,是“單眼”;另兩只在頭
部?jī)蓚?cè),又大又漂亮的紅色眼睛,是“復(fù)眼”,它由密密麻麻,一個(gè)
挨一個(gè)排列的六邊形和四邊形“小眼”組成的。蒼蠅的一只復(fù)眼中有
三千多只小眼。
蒼蠅的三只單眼構(gòu)造比較簡(jiǎn)單,由珠形角膜體(光學(xué)系統(tǒng)),視
覺(jué)細(xì)胞和視神經(jīng)構(gòu)成。一般來(lái)講,單眼只能感覺(jué)光的強(qiáng)弱,而擔(dān)當(dāng)主
要視覺(jué)功能的是它的復(fù)眼。蒼蠅的復(fù)眼是半球形的,不能轉(zhuǎn)動(dòng),而是
靠脖子大角度的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)朝向物體,其視野可達(dá)到360度。蠅眼能夠
分辨天空中的偏振光,還能看到紫外光。
蠅復(fù)眼的空間分辨率比人眼低,景物的細(xì)節(jié)沒(méi)有人眼看得清楚。
但蠅眼卻有比人眼要高得多的時(shí)間分辨率。人眼要0.05秒鐘才能看
清楚物體的輪廓,而蠅復(fù)眼只要0.01秒就夠了。因此,深入研究蒼
蠅的跟蹤本領(lǐng)的機(jī)理,為研制軍事上的跟蹤,制導(dǎo)技術(shù)提供了有益的
幫助。高能物理的研究中,一個(gè)重要的課題是最高能宇宙射線成分及
其起源的研究。這項(xiàng)研究借助于人造的高能加帶器是無(wú)能為力的,只
能在自然環(huán)境中進(jìn)行。然而,由于視野的限制,探測(cè)到這種最高能宇
宙射線的幾率很小。一些科學(xué)家就開(kāi)始模仿蠅復(fù)眼中小眼的排列及其
光學(xué)特性,設(shè)計(jì)并安裝了命名為“蠅眼”的探測(cè)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)共有
67個(gè)直徑為1.5米的反射鏡,分布在一座山上,每個(gè)反射鏡的焦平
面上裝有12至14個(gè)光電倍增管。每個(gè)光電倍增管的功能均相當(dāng)于復(fù)
眼中的一個(gè)小眼,是一個(gè)獨(dú)立的探測(cè)單元,各有其自身的電子通道來(lái)
記錄接收信號(hào)的時(shí)間和強(qiáng)度,從而探測(cè)并記錄天空宇宙射線產(chǎn)生的空
氣簇射火球。整個(gè)系統(tǒng)中共有880個(gè)小眼,相互連接,其視野足以監(jiān)
視整個(gè)天空。這種新的設(shè)計(jì)使探測(cè)器的速率提高了十倍。同時(shí),軍事
科研部門模仿蠅眼設(shè)計(jì)成的“多元相陣蠅眼雷達(dá)”,可以監(jiān)視整個(gè)天
空的飛行物。
蒼蠅復(fù)眼有著三千多只小眼,如果把照相機(jī)的鏡頭換上剝離下來(lái)
的蠅眼角膜的話,可照出上千個(gè)相同的像。因此,人們根據(jù)蠅眼光學(xué)
系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn),研制出一種具有特殊用途的新型光學(xué)
元件,叫做“蠅眼透鏡”。它是用很多塊小的光學(xué)透鏡或自聚焦玻璃
纖維透鏡,按蠅眼小眼的角膜晶體排列方式構(gòu)成的。用蠅眼照相機(jī)對(duì)
同一景物照相,一次能照出多個(gè)相同的像。用這種照相機(jī)進(jìn)行印刷制
版和復(fù)制微小的集成電路,工效和質(zhì)量都可大大提高。
德國(guó)麥克斯普蘭克研究所有一個(gè)由動(dòng)物學(xué)家,電學(xué)工程師,物理
學(xué)家和數(shù)學(xué)家組成的研究小組專門研究一種甲蟲(chóng)的眼睛,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這
種甲蟲(chóng)是根據(jù)目標(biāo)從它復(fù)眼的一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)所需要的時(shí)間,來(lái)測(cè)
量它自己的速度??茖W(xué)家們就模仿這種甲蟲(chóng)的測(cè)速原理,在飛機(jī)頭部
外設(shè)置一個(gè)光電管,而在機(jī)尾處再放一個(gè)光電管,兩個(gè)光電管都連接
到計(jì)算機(jī)上,結(jié)果就制成了飛機(jī)速度指示器。
圖2
圖2:蠅的復(fù)眼
|相關(guān)聯(lián)接:
可讓金惚武器更聰闞的“仿女眼”
下一代智猊灰器可怩利用仿制的昆蟲(chóng)復(fù)眼來(lái)看到目標(biāo)。
受蒼蠅令其他昆蟲(chóng)的復(fù)眼系統(tǒng)啟發(fā),美國(guó)幾所大學(xué)和研究所的所
究人員正左研制用孑窗怩忒器的仿女眼。在偉羅里達(dá)大學(xué),由美國(guó)國(guó)
防梆方公研究計(jì)劃局贊助的“或物視覺(jué)稼合京統(tǒng)”的中芯向客是,杷
稱作"光3篩”的裝置用于視覺(jué)目的。
潁導(dǎo)核項(xiàng)目的著名材料科學(xué)和工程學(xué)數(shù)授保羅,霍洛不說(shuō):“我
們伏名,利用途一概念他使智盛武器史聰.明。”震洛帝秋名,冬冬的
葡優(yōu)忒器??恼凵鋺棇W(xué)系統(tǒng)或者使光偏斜的選就累魚(yú)目標(biāo)。得刎的畫(huà)
像就像通過(guò)婺逐我看到的一件,即目標(biāo)清晰,便是急公看不見(jiàn)周固的
期象。送小礙武器幡確瞄灌移劭目標(biāo),也修礙武器對(duì)抗閃光令其他干
擾的猊力。此外,折射系統(tǒng)8,使用機(jī)械系統(tǒng)科勁逸就來(lái)看清目標(biāo)而
較壹。額外的變量需要更多的推進(jìn)劑令更大體積,從而使戚赤情加。
霍洛帝所皴導(dǎo)的由工程師和物理學(xué)家做鼠的小姐所送群的替代
辦法是像嫌桁射光皆,中利用干擾敵反使光彼射向系同方向,而不是
使光彼偏斜。他們的這一技術(shù)構(gòu)想杷/世紀(jì)的物理學(xué)家?jiàn)W若斯丁?雷
內(nèi)爾的發(fā)闞鳥(niǎo)現(xiàn)代對(duì)昆蟲(chóng)眼睛工作機(jī)理的欣鈉融合在一起。
第雷內(nèi)爾發(fā)明了布雷向缶波辭片,也稱作布雷南京透鏡,運(yùn)種選
就利用透明和不透明材料的同區(qū)圖使光發(fā)塵桁射,形周光束邊狼狼魚(yú)
的憲彼。成很多耳里,弗雷內(nèi)爾透皺成名燈塔上的普通馥置。布雷向
本及其同事改述了波帶片,用一系列做品確合隔,從而怩槽強(qiáng)光撥累
魚(yú)質(zhì)?#的乳取代盅闞壞。及隹山嘛就發(fā)明了稱作“光3篩”的相他裝
置,但是它們一糠用于/光令其他可見(jiàn)先德““卜的電磁輻射。
昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室:
在野外用昆蟲(chóng)網(wǎng)捕捉一的蜻蜓、卷蠅、蝗蟲(chóng),將他們漫在酒器中,
等它們死亡后,及在斛劇就干伶佃現(xiàn)察昆蟲(chóng)的復(fù)眼,畀根據(jù)所看到的
給累修或簡(jiǎn)畫(huà)。
2.昆蟲(chóng)的觸角與生物天線
翻開(kāi)近期出版的韋伯斯特大辭典,對(duì)“天線”的英文字記載了兩
個(gè)詞義⑴節(jié)肢動(dòng)物頭部一對(duì)可活動(dòng)的感覺(jué)器官;⑵發(fā)射或接收無(wú)線
電波的金屬裝置。這個(gè)詞對(duì)昆蟲(chóng)來(lái)講稱為“觸角”,而在無(wú)線電發(fā)明
之后,通常又會(huì)使帶二根金屬桿的作為接收天線,因而也模擬地利用
了這個(gè)詞義作為技術(shù)裝置的名稱。
大家很清楚,無(wú)線電天線是用于發(fā)射或接收無(wú)線電波的裝置,昆蟲(chóng)
的觸角是一種物理和化學(xué)刺激的感覺(jué)器,兩者似乎毫無(wú)共同之處。然
而,美國(guó)學(xué)者卡倫漢根據(jù)幾十年的研究,發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)觸角感覺(jué)器的形態(tài),
感覺(jué)毛的排列以及尺寸大小之比例,卻與目前無(wú)線電天線技術(shù)中各種
天線極為相似,非常有趣。特別耐人尋味的是昆蟲(chóng)的各種奇異形狀的
感覺(jué)器,可以在現(xiàn)今天線設(shè)計(jì)手冊(cè)找到它的副本。
天線用金屬或金屬導(dǎo)線制成是大家所熟悉的,此外,天線也可由低
介電常數(shù)的介質(zhì)材料做成,稱為介質(zhì)天線。介電常數(shù)約為2.5-4.0,
可以認(rèn)為是低介電常數(shù)的介質(zhì),恰巧符合構(gòu)成介質(zhì)天線的要求,所以
說(shuō)昆蟲(chóng)的觸角相似于介質(zhì)天線,并不言過(guò)其實(shí)。
這里順便說(shuō)一下,在天線技術(shù)里,導(dǎo)體天線與介質(zhì)天線是兩種類型,
但有相似之處,在技術(shù)上稱之謂等效關(guān)系,因此對(duì)于昆蟲(chóng)觸角的介質(zhì)
天線,可以用導(dǎo)體天線來(lái)等效.那未昆蟲(chóng)觸角的尺寸大小,口徑與天
線的關(guān)系怎樣呢?
大家知道,天線具有方向性質(zhì),要得到良好的方向特性必須適當(dāng)
地選擇天線的幾何形狀和尺寸。昆蟲(chóng)觸角的介質(zhì)天線,往往是長(zhǎng)度小
于兩個(gè)波長(zhǎng),而且設(shè)計(jì)得很好,具有良好的方向特性的錐形天線,真
是十分奇妙。昆蟲(chóng)的毛形感覺(jué)器一般長(zhǎng)6-160微米,錐形感覺(jué)器一
般長(zhǎng)2-8微米,在前面說(shuō)過(guò),昆蟲(chóng)觸角上的感覺(jué)毛和相當(dāng)于諧振器,
一般在1/2-1/4波長(zhǎng)上諧振,由此可以推測(cè),昆蟲(chóng)接收遠(yuǎn)紅外的波長(zhǎng)
為1-30微米和中近紅外范圍,這與昆蟲(chóng)信息素分子所發(fā)射的遠(yuǎn)紅外
范圍也是完全相吻合。
觸角感覺(jué)器的外形特征是錐形化。此外普遍呈彎曲形狀。從天線
技術(shù)而言,彎曲的程度和位置,是改變天線方向特性的一種方法,象
我們電視機(jī)用的羊角天線那樣,通過(guò)改變天線的角度和位置,獲得滿
意的接收效果。當(dāng)進(jìn)一步觀察感覺(jué)器的表面時(shí),可以發(fā)現(xiàn),它具有光
滑,等角,波化,螺旋形和溝道型等特點(diǎn),這些表面的不同結(jié)構(gòu)有助
于改變昆蟲(chóng)介質(zhì)天線接收或者發(fā)射和能力。
感覺(jué)器的天線陣對(duì)諧振或吸收氣體分子的電磁波能量也許還有更
重要的意義。目前僅僅從觸角的外部特征作了一些研究,尚未涉及
到內(nèi)部細(xì)胞和受體部位的密碼信息??傊瑢?duì)觸角形態(tài)科學(xué)的研究
將會(huì)給其它科學(xué)帶來(lái)啟示;例如發(fā)現(xiàn)一種玉米穗形表面結(jié)構(gòu)的感覺(jué)
器,目前天線設(shè)計(jì)中還不曾有過(guò)這類設(shè)計(jì),而這種仿生型的天線也一
定會(huì)在不遠(yuǎn)將來(lái)出現(xiàn)。
圖3
圖3-1蛾子的羽狀觸角;3-2絲狀觸角;
3-3膝狀觸角;3-4鯉狀觸角
相關(guān)聯(lián)接:
“超級(jí)耳”的竊聽(tīng)器
在代物界,人耳聽(tīng)覺(jué)的靈敏度開(kāi)不是徽方的。人耳聽(tīng)覺(jué)范園中景
靈敏的區(qū)域僅在及至3加赫端之間。破而帝盛劭物,及蚣聽(tīng)覺(jué)器
官極其微小,卻具有極裔的靈敏點(diǎn)。
在劭物界,就算是昆蟲(chóng)的聽(tīng)覺(jué)景名靈敏。而左昆蟲(chóng)界中聽(tīng)覺(jué)量靈
破就算是蝗蟲(chóng)了。它的耳云帝三個(gè)梆今,第一梆合是衣在腹梆第一節(jié)
的南側(cè),外表象是有用形的鼓膜器,里面■嵌接著一個(gè)由許,特殊感
覺(jué)狗胭娘戚的窖勒氏器官。送公器官有一莖聽(tīng)神經(jīng)右中柩種狡系瘡相
觥通,用于杷聲音產(chǎn)塵的神經(jīng)沖劭傳遢刎腦。第二梆合是觸角上的一
種“江氏聽(tīng)覺(jué)器”,位于觸角的第二節(jié)。第三梆合則是聽(tīng)覺(jué)毛,是一
種糊裝的毛,基梆都市感覺(jué)他胭,可將它所感覺(jué)刎的聲波被劭傳遞,到
中柩神經(jīng)。許多禺蟲(chóng)都密送種聽(tīng)覺(jué)毛。又的蚊3的聽(tīng)覺(jué)也是十臺(tái)掠人,
它健骸覺(jué)察節(jié)米外另一只蚊3的嘴嘴聲。它的聽(tīng)覺(jué)器官是塵在頭梆的
兩根觸角上。
人類研究劭物界的各種聽(tīng)覺(jué)系疣,其:要目的是揍仿它而制造出
更靈敬的收聽(tīng)系統(tǒng)。美國(guó)一家公司開(kāi)發(fā)出一種名叫“超狼耳”的窈聽(tīng)
器,它就像婺逐轅一群,惚窈聽(tīng)到近7勿米外或短物面的篌話或聲音。
運(yùn)種窈聽(tīng)器伍使用二節(jié)5號(hào)電,所搖出的聲音達(dá)冗臺(tái)貝。運(yùn)類超極
耳在破案和偵察時(shí)熊有省用。
科普知識(shí):
7,觸角的皮衣佐置:昆蟲(chóng)的決課/搦根像"天孩”一科的須,叫做觸
角,形波各異,十臺(tái)奇特。由于昆蟲(chóng)種類、梯別不同,它們觸角的執(zhí)
短、租狗和形次各不相同。觸角一糠今;5大節(jié),遮接觸角甯基梆的
一節(jié)籟短較粗,用來(lái)文攆上面兩節(jié)的活劭,形波右作用像樹(shù)葉的葉柄
一科,叫柄節(jié)。邇接它上面的第2節(jié)較細(xì)而短,叫粳節(jié)。第3節(jié)更佃,
可合,許多小短節(jié),由幾個(gè)到幾十個(gè)系等,依在同一種向一薇有國(guó)定
的數(shù)目,統(tǒng)稱鞭節(jié)。
2觸角的作用:觸角是禺蟲(chóng)壹耍的感覺(jué)器官,:要司嗅覺(jué)和觸覺(jué)作用,
藥的迷藥聽(tīng)覺(jué)作用,可△蹄助昆蟲(chóng)進(jìn)行通訊藤格、等競(jìng)異槌、等找金
物和運(yùn)科產(chǎn)卵場(chǎng)所等活劭。通帝昆蟲(chóng)總是左左右上下不停電椎劭觸
角,略像南根夫依或雷達(dá)時(shí)刻戒接受電波和追蹤目標(biāo)。因?yàn)橛|角上有
許多感覺(jué)器和嗅覺(jué)器,與觸角竄內(nèi)的許多感覺(jué)種狡未橢相逢,又直接
身寺根神經(jīng)建網(wǎng),旅有靈徼,就能感觸物體、感覺(jué)上流,又惋嗅刎各
種氣味,甚至是逐質(zhì)離微發(fā)出束的。蟲(chóng)受到外界刺激后,中柩神經(jīng)便
可立配昆蟲(chóng)迷竹各種活劭。的二化螟的觸角,可憑借水稻的氣味刺激
導(dǎo)找刎它的食物水稻,菜將蝶的觸角可根據(jù)接受到的芥3油氣味很快
發(fā)現(xiàn)它的食物十莊羌科植物。嗔覺(jué)景靈徼的是印第安區(qū)亮蛾,加歐〃
不來(lái)。外的地方察覺(jué)到配偶的嘏外激素。/的腋蜂的觸角可依借害蟲(chóng)
體上散發(fā)出的微箱叁外依,源確無(wú)篌地搜導(dǎo)到寐在作物或構(gòu)木莖桿中
的寄豆。對(duì)于京城昆蟲(chóng),觸角逐有其他作用,例如水皮的仰螺在仰泳
時(shí),將觸角展開(kāi)帝華衡身體的作用,水龜蟲(chóng)用觸角蹄助吟吸。
昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室:
左顯微銳干理察“工干運(yùn)也昆蟲(chóng),不徐比它們的各種彬收、節(jié)數(shù)。
蠢斯、蝴蝶、蚊3、金龜3、蛾3、螞蟻。
動(dòng)腦筋:
的累乂螞蟻巢穴中取出一個(gè)螞蟻,然后將它的觸角小梆像去,再
放人展光的巢穴中,馀伏名會(huì)或叱什么現(xiàn)象7
3.蜜蜂的康順磁鐵與導(dǎo)航
在許多生物體內(nèi),包括人類在內(nèi),其體內(nèi)都存在有感應(yīng)地球磁場(chǎng)
的細(xì)胞,這些細(xì)胞均曾被發(fā)現(xiàn)帶有順磁性顆粒,這些顆粒由氧化鐵組
成,被認(rèn)為是感覺(jué)地球磁場(chǎng),用以辨別方向??茖W(xué)家過(guò)去曾猜測(cè),生
物體內(nèi)必定含有某些磁性物質(zhì),而該物質(zhì)因受到地球磁場(chǎng)的影響,因
此生物的行為,應(yīng)該受磁場(chǎng)感應(yīng)的很大影響。我們?cè)缇椭篮蝤B(niǎo)及處
魚(yú)每年長(zhǎng)距離的遷徙,不論天候陰晴都能依循固定的路線進(jìn)行,現(xiàn)在
看來(lái)很可能是其體內(nèi)的某種磁性物質(zhì)與地球磁場(chǎng)為“路標(biāo)”有很大的
關(guān)聯(lián)。
蜜蜂是有方向感的生物,眾多科學(xué)家認(rèn)為影響蜜蜂行為的最重要
因素是日照方向,利用偏振光進(jìn)行定向?,F(xiàn)在有人發(fā)現(xiàn)工蜂腹部的滋
養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)含有平均約8粒,直徑非常小的磁鐵顆粒,而每顆粒子內(nèi)含
有8500個(gè)超順磁粒子,每粒超順磁粒子的直徑大小平均是7.5毫微
米。工蜂體內(nèi)的滋養(yǎng)細(xì)胞是唯一含有磁鐵顆粒的細(xì)胞;一些神經(jīng)元的
未端與滋養(yǎng)細(xì)胞相連,這些神經(jīng)元連接于腹部神經(jīng)索。因此,推測(cè)這
些帶有磁鐵性的細(xì)胞確可影響蜜蜂的神經(jīng)系統(tǒng),而引導(dǎo)蜜蜂的飛行。
科學(xué)家們?cè)^察到,蜜蜂喜歡“南北座向”的筑巢方式,似乎跟
超順磁鐵有些關(guān)系。如果我們?cè)诠し渖砩辖壣洗盆F,當(dāng)然是很小很小
一塊磁鐵,再將它們釋放于數(shù)公里外,結(jié)果蜜蜂回巢的判斷力受到干
擾,無(wú)法正常地返回蜂巢。那么蜜蜂體內(nèi)的超順磁鐵如何來(lái)引導(dǎo)它們
定向的呢?如果超順磁粒子受到外加磁場(chǎng)的影響而互相吸引,那么含
有超順磁粒子的磁鐵顆粒結(jié)構(gòu)就會(huì)收縮在一起;反之,如果互相排斥,
磁鐵顆粒則膨脹。這些超順磁粒子的排列方式所造成的收縮或膨脹,
細(xì)胞就會(huì)將這些信號(hào)通過(guò)神經(jīng)元傳送至腦部,進(jìn)行方向的辨別。生物
體內(nèi)的這種細(xì)胞內(nèi)指南針式的導(dǎo)航系統(tǒng)可能在許多生物中都存在,但
在軍事和民航的導(dǎo)航系統(tǒng)中就顯得非常重要。
圖4
圖4-1蜜蜂采蜜;4-2蜂箱
科普知識(shí):
蜜蜂的產(chǎn)品
蜜蜂的產(chǎn)品:?!??蜂蜜、去漿、先行、蜂蠟、蜂胺、蜂劣等。
蜂蜜;是蜜蜂乂楨物上采來(lái)的先蜜或合泌物,經(jīng)過(guò)特殊物質(zhì)加工、
釀制、限合不賅唐于蜂巢中的一種甜物質(zhì)。
7.蜂蜜,酷喇蜂蜜的:要原斜來(lái)源孑羌蜜,其法是蜜露和甘露。是蜜
是植物先用蜜腺的今泌物;蜜露是卷外蜜腺的今泌物/甘露:更是指
場(chǎng)蟲(chóng)、介殼蟲(chóng)、葉蟬、木虱等同翅目昆蟲(chóng)娜泄■于牧場(chǎng)表面的含糖代謝
產(chǎn)物。.蜂蜜的今類:要按蜜蜂采集的蜜源植物種類劃合,合名單先
蜜我混合蜜(節(jié)禿蜜、善先蜜)。各種單先蜜又。楨物名稱今,柑桔
蜜、>龍眼蜜等。蜂蜜的五要鼠臺(tái):蜂蜜中:耍戚臺(tái)是葡萄糖
和累糖,灼占蜂蜜總量65—W%;其次是水臺(tái),占16—25%;愚糖含量
居第三佐,系蕤過(guò)5%。此外,迷金帝^量的麥芽糖與其他二糖、多
糖、效蛋白、礦物質(zhì)、旗塵素、酸類、褥、包素右芳香物質(zhì)。
2支漿;蜂支漿是蜂士幼蟲(chóng)整個(gè)或有期的碓一食物,由工蜂頭梆的咽
干腺今泌,類何孑哺乳劭場(chǎng)的乳汁,所“4又稱蜂扎。,乳白包至淡磺:
包,形他跳油,吐酸灌略帶庠糅,是一種方袱營(yíng)泰滋補(bǔ)品。羅馬人;
敖皇府十二世曾一度癡q,醫(yī)皮/比令他服用蜂品漿,竟很快恢復(fù)
了愜康;癡愈后,他左/砧6年國(guó)際春蝶會(huì)儀的演耕中,強(qiáng)碉了蜂呈漿
的作用。我國(guó)本蜂歷史悠久,蝶產(chǎn)品惋槽比人體健康一說(shuō)早在民間流
傳,如玄南少數(shù)民族中就■"蜂意惋治節(jié)痛”的傳說(shuō),"蜂卒",
就是指鮮品漿。蜂土漿的1要鼠令,水合:65—68%,旁白質(zhì):〃一4%,
碳水化合物;1—17%,脂類;6%,礦物質(zhì);0.7—0.?2%,其余物質(zhì);
2.34—3.00%o
M蜂羌夷【是蜜蜂從植物上采集先將后形鼠的龍構(gòu)出。蜜蜂在采集的
先將中加入了一些*羌蜜和唾液,使非存現(xiàn);集戚用。蜂先將我植物先
將的W要戚合相同,只是蜂葩將的含糖量神態(tài),施老物可供食用右卷
用。自力盤來(lái),人們就笈道利用先將進(jìn)行食療令姜客。我國(guó)是應(yīng)用先
存量早的國(guó)家,早在兩千多算嘛的《神家/草經(jīng)》中就祀載了看病龍
存,列名上品。明代有時(shí)價(jià)的《洋草桐目》和戰(zhàn):“極先令白糖印戚
崔、餅,食之其住”。兔將的二要化名戚臺(tái):■較大量的蛋白質(zhì)、游離
教基酸、糖類物質(zhì)“?及報(bào)醫(yī)素、脂類物質(zhì)、微量無(wú)素、激素等多種物
質(zhì)。
萬(wàn)花筒:
昆蟲(chóng)鳥(niǎo)戰(zhàn)爭(zhēng)
〃世紀(jì),英國(guó)國(guó)呈理至德一世率橫上軍攻打耶路撤壽若減讓達(dá)
克時(shí),遇到守軍的新死抵抗。由孑城磕為陡,守軍居方臨下,用投槍、
書(shū)嗡等俎戚了密集的火力網(wǎng),使英軍在城千寸步雍曲,死傷十臺(tái)慘童。
正咨理至德一世名城久攻不破而著急時(shí),一旦蜜蜂收到了他的手上,
穆松也改了一下。成著一陣銘芯的疼痛使他芯中一劭,一個(gè)神秘的攻
域計(jì)劃在其腦陳形戚,,他咬即命公士衾去收集蜂箱。士衾們杷收集到
的蜂蒲遂個(gè)數(shù)到擲石器上,一箱箱的蜜蜂隨弟擲石器的祥力,塞過(guò)械
博,雷到了守城士兵們的中間,無(wú)數(shù)的良士被受刺激的蜜蜂嚶傷,4
痛睢忍,一個(gè)個(gè)艷星鼠竄,械員上頓時(shí)亂戚一出,無(wú)法投愴放希。英
軍乘機(jī)暨福蜂擁而上,很快便占潁了讓達(dá)克城。
相同的戰(zhàn)例在塞南戰(zhàn)爭(zhēng)中也有運(yùn)用。越南游擊火經(jīng)帝用密林寺的
野蜂對(duì)美軍邊行昆蟲(chóng)戰(zhàn),使美軍吃了許多的苦。不過(guò),在基南運(yùn)用的
系是蜜蜂,而是一班馬蜂。
4.知了的發(fā)音構(gòu)造與音響
夏日的蟬聲令人討厭,其中叫聲最響的蟬要算是澳大利亞蟬。該蟬
所發(fā)出的叫聲,頻率達(dá)4.3千赫,在一米范圍內(nèi)達(dá)100分貝,其音量
和強(qiáng)度類似于人類所發(fā)出的驚叫聲。然而這種雄蟬并不單獨(dú)唱歌,而
是數(shù)十只及乃至數(shù)百只雄蟬一起齊聲唱歌。
蟬是吸食植物漿汁的昆蟲(chóng),體長(zhǎng)有的只有10毫米短,最大的競(jìng)
有100毫米長(zhǎng)。雌蟬將卵產(chǎn)于植物的莖桿或樹(shù)中,其后,新孵出的幼
蟲(chóng)爬到地面并鉆入地下,尋找植物根部取其汁液。其整個(gè)幼蟲(chóng)生長(zhǎng)期,
它們一直都留在地下,幼蟲(chóng)生長(zhǎng)期可持續(xù)多年。當(dāng)其幼蟲(chóng)破土而出時(shí),
它們便蛻皮而成為有翅成蟲(chóng),成蟲(chóng)僅能存活幾周時(shí)間。在這段時(shí)間里,
雄蟬盡情高歌,以吸引雌蟬。
雄蟬會(huì)發(fā)出如此響亮的叫聲,關(guān)鍵在于它的發(fā)聲結(jié)構(gòu)。它的主要
發(fā)聲器官是一對(duì)半球形鼓室,即鼓膜結(jié)構(gòu),位于蟬的腹部?jī)蓚?cè)。這兩
個(gè)富有彈性的共鳴器官表面都有一排突出狀肋。這些肋相互間為彈性
連接。附在每塊卵圓形鼓室板上的是一大塊肌肉,肌肉收縮便會(huì)使
半球形鼓室變形,發(fā)出聲脈沖。由于這兩塊鼓室肌分別以240赫茲的
頻率交替收縮,因而由鼓室發(fā)生的聲音具有一種240赫茲的變調(diào)。蟬
腹部?jī)?nèi)有一氣囊,腹部表面有一對(duì)薄薄的耳鼓,像我們常見(jiàn)的喇叭。
當(dāng)然,蟬腹部的氣囊和耳鼓不只是直接將聲音向外播放,它們還可保
持交配通訊的質(zhì)量。如果我們把現(xiàn)代的音響和它在功率上來(lái)作比較
的話,一般家里的音響設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如蟬所發(fā)出的功率。
圖5
圖5:蟬
科普知識(shí):
蟬的取食別具一輅,咨它杷唳管波的噴刺比植物的枝條中時(shí),
會(huì)吐出金/漪化瓶的唾液,破壞植物的陽(yáng)胭座,便于自己吸取入臺(tái),
送科會(huì)造戚楨物的傷口或磺■荽端,甚至引蒸楨物的死亡,因此蟬也是
一種農(nóng)業(yè)上的害蟲(chóng)。
蟬一糠用產(chǎn)卵瓣初開(kāi)楨物的表皮,森將卯產(chǎn)在表皮南,卵孵化
后就鉆入土中過(guò)冬。待第二年的未夏之會(huì),雨水過(guò)后,就匆出上面,
爬上箱枝比行蛻皮。蛻下的皮就是著名的中容,蟬蛻。
蟬在老代是作名吉祥、為難的象征。經(jīng)帝將會(huì)雌我的蟬林在身上,
有時(shí)也將它作名一種殉鼻品數(shù)人死者的口中,祈求死者屈順利地介人
天堂。左宋代,河南開(kāi)封一帶每年正網(wǎng)迷要過(guò)蟬節(jié)。
萬(wàn)花筒:
在美國(guó),帝一種被稱作"77耳蟬”的昆蟲(chóng)。這種蟬名吐美制獨(dú)帝,
紅眼睛、黃腿.、小況較大、2命周期表達(dá)77耳。
自7儂耳起,.美國(guó)就有運(yùn)種蟬*規(guī)的和泉,每77耳錦名“一代”。
美國(guó)東部75個(gè)州的噪音水平,將因蟬臾的襲擊而急劇上升。據(jù)悉,
蟬所發(fā)出的單碉的"扣了"聲,實(shí)際是雄蟬的“求愛(ài)之歌”o每只雄
娣的“求愛(ài)之歌”聲音之大,足藥影臺(tái)貝至被臺(tái)貝,和劣孑一個(gè)港
車或劭機(jī)或一臺(tái)噌草機(jī)的京音。乂5回侑升胎的6個(gè)星期里,專家估
計(jì)華物每公頃土地上就會(huì)哧M萬(wàn)8至7勿乃旦蟬同時(shí)"合唱"o
不過(guò),也有系夕美國(guó)人舔著他們的嘴唇,等痔弟送的小昆蟲(chóng)的人
侵。蟬,系僅是鳥(niǎo)類、狗等劭物的可口食物,也是很多美國(guó)人的美匾
毒k品O
很多美國(guó)人稱,蟬全身都是蛋白質(zhì),沒(méi)藥脂肪,營(yíng)泰價(jià)值很方,
而且,蟬的臉道就像蟹累仁一格,缽救了。迷帝腸事病梃出了一侑要
價(jià)上姜完的蟬套餐計(jì)劃:將蟬莪上面將、下錦油炸,配心白福、黃
油右蔥蜀。
昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室:
在捕捉到的蟬放在解剖鏡下,仔細(xì)觀察它們腹面的發(fā)音構(gòu)造,同
時(shí)多觀察幾個(gè)標(biāo)本,看看雌雄的腹面有什么不同。
三、昆蟲(chóng)的信息素與作用
1.蛾子的信息素
自十九世紀(jì)開(kāi)始,昆蟲(chóng)學(xué)家就對(duì)昆蟲(chóng)怎么會(huì)尋找到配偶的問(wèn)題感
到極大的興趣。他們把雌蛾關(guān)在一個(gè)小鐵絲籠里,放在農(nóng)田里,結(jié)果
在晚間就有許多雄蛾飛往小鐵絲籠,并圍著小籠飛。然后,他們?cè)侔?/p>
雌蛾放在密封的小紙盒里,同樣放在田間,但卻沒(méi)有一個(gè)雄蛾會(huì)飛過(guò)
來(lái)。最妙的是他們把雌蛾研碎,放在一片紙上,在晚間仍然有許多雄
蛾向涂有雌蛾殘?bào)w的紙片飛來(lái)。早期的昆蟲(chóng)學(xué)家就推測(cè)昆蟲(chóng)可能是采
用化學(xué)氣味信號(hào)進(jìn)行通訊的。事隔百年,才由德國(guó)化學(xué)家布特納德
(A.Butenandt)從五十萬(wàn)頭雌性家蠶腹端的溶劑粗提物中分離和鑒
定出第一個(gè)昆蟲(chóng)交配化學(xué)通訊氣味物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu),先后竟化了二十
年的時(shí)間。這種由同種個(gè)體釋放并引起同種其它個(gè)體行為反應(yīng)的化學(xué)
物質(zhì)稱為"信息素"(Pheromone)。這個(gè)定義是由卡爾生等(P.KarIson)
提出來(lái)的。這個(gè)英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)取自希臘語(yǔ)“Pherein"(運(yùn)載之意)和
"Hormone"(興奮之意)的組合。
在靜靜的夜晚,棲息于作物葉片上的雌蛾會(huì)抬起腹部,伸出位于
腹部的腺體,釋放一種求愛(ài)的氣味物質(zhì)至空間,此時(shí)彷徨而隨意飛行
的雄蛾則不斷地?cái)[動(dòng)位于頭部的一對(duì)觸角,尋求配偶體,一旦雄蛾嗅
到雌蛾所釋放的求愛(ài)氣味物質(zhì),就會(huì)循著這種氣味的氣跡,找到雌蛾。
中國(guó)科學(xué)院上海昆蟲(chóng)研究所杜家緯教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在十五年前,
就利用痕量化學(xué)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)剖析了十多種農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的化學(xué)通訊語(yǔ)
言,例如危害水稻的三化螟,由雌蛾腹端釋放由三種極微量化合物所
組成的通訊系統(tǒng)來(lái)招引雄蛾。又如,嚴(yán)重危害我國(guó)三北防護(hù)林楊樹(shù)的
楊樹(shù)透翅蛾,雌蛾釋放僅一種化學(xué)氣味物質(zhì),有意思的是雌蛾釋放的
化學(xué)通訊系統(tǒng),要求幾個(gè)化學(xué)組分有精確的比例。好像是無(wú)線電通訊
一樣,頻率要對(duì)準(zhǔn),不然接收不到信號(hào)。
科學(xué)家們把昆蟲(chóng)的化學(xué)語(yǔ)言翻譯清楚后,就人工模擬合成了這些
氣味物質(zhì),并把這些氣味化合物調(diào)配得像雌蛾釋放出來(lái)的化學(xué)語(yǔ)言一
樣,隨后把這些人工配制的化學(xué)語(yǔ)言加到硅橡皮塞中去,利用溶劑把
這些化合物滲透到橡皮內(nèi)部,這樣就可以使這些氣味物質(zhì)均勻地從橡
皮表面釋放出來(lái),完全模仿得像個(gè)真正的雌蛾在釋放它的化學(xué)語(yǔ)言一
樣。科學(xué)家們通常把這種橡皮塞稱作“信息素誘芯”。如果在害蟲(chóng)發(fā)
生期的一個(gè)晚間,把這種人工模仿的信息素誘芯放到農(nóng)田中去,你就
會(huì)發(fā)現(xiàn)大批的雄蛾會(huì)一個(gè)接一個(gè)地向這個(gè)人工誘芯飛來(lái)。當(dāng)然,如果
在誘芯下面放置一個(gè)水盆,這些害蟲(chóng)就會(huì)落水而死。
怎樣將這些人工化學(xué)語(yǔ)言用到農(nóng)林害蟲(chóng)的防治中去呢?他們首
先試蹌和研究的第一種技術(shù)是“大量誘殺或大量誘捕法”。這種技術(shù)
就是在田間設(shè)置大量置有人工模擬誘芯的誘捕器來(lái)誘殺雄蛾,他們利
用這種技術(shù)防治三北防護(hù)林中的重要害蟲(chóng)楊樹(shù)透翅蛾獲得完全成功。
第二種技術(shù)是迷向法。如果在一間沒(méi)有光線的房間里,灑上一種
香水,房間里充滿了這種香水氣味,隨后你能靠你的鼻子來(lái)找到裝滿
香水的小瓶嗎?回答是不可能的。因?yàn)樵诔錆M香水氣味的環(huán)境中,鼻
子是無(wú)法區(qū)別從香水瓶中散發(fā)出來(lái)的香味。科學(xué)家們利用這種嗅覺(jué)的
迷惑作用,設(shè)想在田間釋放大量的這種人工模擬的信息素氣味,那未
雄蛾一定找不到雌蛾了。事實(shí)也是如此。美國(guó)就用飛機(jī)大量噴灑一種
微型毛細(xì)管氣味釋放器到棉花田中,成千上萬(wàn)根這種微型釋放器在棉
花田中釋放人工模擬的氣味,擾亂了雄蛾的尋找雌蛾的能力,切斷了
雌雄交配的通訊,達(dá)到了防治害蟲(chóng)的目的。
第三種技術(shù)是將信息素誘芯與其它生物技術(shù)聯(lián)合使用的技術(shù)???/p>
學(xué)家們?cè)O(shè)想如果能把雄蛾誘來(lái),讓它接觸昆蟲(chóng)病毒或化學(xué)不育劑而返
回田間,這些雄蛾會(huì)將所攜帶的病毒通過(guò)交配傳給下一代,造成整個(gè)
種群得病死亡。如果讓它接觸化學(xué)不育劑而使它成為不育個(gè)體,返回
田間后通過(guò)交配會(huì)使下一代不育,這樣害蟲(chóng)的數(shù)量就會(huì)大量下降。
中國(guó)科學(xué)院上海昆蟲(chóng)研究所杜家緯教授等還通過(guò)仔細(xì)的交配行為
觀察發(fā)現(xiàn),當(dāng)雄蛾找到雌蛾后,雄蛾就會(huì)撒開(kāi)位于腹端的味刷。這是
為什么呢?通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲(chóng)雄蛾所釋放的多種氣味物質(zhì)都有它
的特定行為通訊含意。一種醇類氣味物質(zhì)是對(duì)同種雄蛾的飛行定向起
抑制作用,似乎它要告訴其它雄性同伙“我已找到女朋友了,你們?cè)?/p>
也不要打擾我們”了。雄蛾同時(shí)還釋放另一種酸類氣味物質(zhì)來(lái)要求雌
蛾停止求偶,似乎雄蛾要求雌蛾不再發(fā)求愛(ài)信號(hào),那么雄蛾釋放的這
些微量化學(xué)氣味物質(zhì)有什么用處呢?
他們的模擬試驗(yàn)表明,在田間噴灑對(duì)雄蛾飛行起抑制作用的人工
合成化合物,就能使雄蛾定向飛行受到抑制而起到防治害蟲(chóng)的作用。
如果在田間噴灑干擾雌蛾求偶的人工合成物也能使田間的雌雄間交
配受到干擾而達(dá)到防治效果。目前,他們正在進(jìn)一步研究能實(shí)際使用
的劑型和施用技術(shù),不久就能在害蟲(chóng)防治中使用。
圖6
圖6-1棉鈴蟲(chóng);6-2誘芯;6-3三角形誘捕器
科普知識(shí):
7.蛾3號(hào)蝴蝶的區(qū)別,
蝴蝶易蛾3都隸屬于皤翅目,但兩滂之間是有麥別的,蝴蝶的觸
角的同根林次,一糠白天活劭,而蛾3的觸角的同羽毛次,一般在笈
冏話劭。同時(shí),蛾31很強(qiáng)的超憲嘏,氣蛾撲火就是一個(gè)翼型的3。
2,蛾3的一旅:
蛾3的一2要經(jīng)過(guò)四個(gè)時(shí)期:卵、幼蟲(chóng)、螭右或蟲(chóng)。
期期,蛾3的那多種多抖,顏包也不奇節(jié)艷,帝將以名的,?淡
每包的,密乳白包的,逐有黃包的,形收有衣莖波,■圓形,■卵形,
帝也卯上■龍較,帝城市條故。
帝的卵產(chǎn)在楨物葉片的正面,帝的卵井在葉片的背面,迷帝的卵
產(chǎn)在楨物的箱皮里。
幼蟲(chóng)期;蛾3左幼蟲(chóng)時(shí)期的??票容^£胸,讓人害相,人們有稱
之名毛毛蟲(chóng)。它們的身體上有時(shí)執(zhí)滿衣衣的毛刺,或著具密鮮槍的包
熱。運(yùn)時(shí)它們?yōu)闈M足自己身體皮衣的需要,將命取金楨物的葉片、莖
杵或者事實(shí),所“工在退一階段,它們是我們?nèi)祟惖囊淮蠛οx(chóng)。一里它
們吃飽唱足,就會(huì)變得抽來(lái)抽懶,從而證人另一個(gè)或執(zhí)階段。
蛹期;在這一階段是它們相對(duì)較老實(shí)的時(shí)期,系心系W國(guó),身體的
表面彬戚一層堅(jiān)硬的外殼,通過(guò)柩海我吐出的必將自己囪足成植物
上。送時(shí)它們的身體里面卻在發(fā)或很大的變化,直到有一天,外殼裂
升一莖健,一只機(jī)房漂亮的翅膀、具有力莖腿.的蛾3羽化也束。
鼠蟲(chóng)期;運(yùn)是蛾3—女中量美系的階段,也是它2命精束的時(shí)期。
逢一時(shí)期,它改變了它的菜譜,用它特有的吸管式的嘴,唳取走蜜或
其它汗液,撲克智泰。雄槌系新地上下翩翩起有,吸引雌植易它共度
金甯,一里完戚但務(wù),雄槌很快就會(huì)死去,而唾仁就會(huì)尋找一個(gè)適合
它孩孑取金、而且較,安全的地方產(chǎn)下它們愛(ài)情的秸晶;卵。
蛾3的一或是美褊的,也是短壽的。它的壽命一般名一耳左右。
每冬冬季來(lái)臨,它們就會(huì)死去,但是它們的卯右蛹和妮抵抗尹寒,t
過(guò)臾雍,使修命不新地英俊下去。
3.蛾3的取金方法:
蛾3的取金比較特別,在幼蟲(chóng)階段,它的嘴是咀嚼式的,豆要味
金植物的葉片、莖桿打累實(shí)。而左鼠蟲(chóng)階段,它的嘴是虹吸式的,就
象一根唳管,:要吸取楨物的是蜜、合泌的汗液,有的蛾3甚至吸取
劭物糞便中的計(jì)水。一代之中,要經(jīng)歷兩種不同的取食過(guò)程,運(yùn)在劭
物界中是旅帝罕見(jiàn)的。
萬(wàn)花筒:
在自政界中有一種蛾3,叫拈葉蛾。它的麻、后翅膀的顆包就的
同一禰柑苑的樹(shù)葉,更妙的是左翅膀中間迷■一莖投料的葉豚,由它
在樹(shù)枝上休息時(shí),就的同一禰秋葉桂在樹(shù)枝上。
動(dòng)腦筋:
姑葉蛾名何要有送禪的唳飾7它的作用是什么7人類健借鑒這
種方式運(yùn)用在哪盛方面7
2.白蟻的路途標(biāo)記信息素
日常生活中,經(jīng)常可以看到白蟻在搬食,齊心協(xié)力,一絲不茍。
這些白蟻跑那么遠(yuǎn),能找回家嗎?這是小孩常問(wèn)的問(wèn)題。很多家長(zhǎng)都
會(huì)這樣親切地回答孩子:“他們很聽(tīng)話,跟著爸爸媽媽走,不亂跑,
不會(huì)迷路的"事實(shí)上,白蟻是一種社會(huì)性昆蟲(chóng),它的化學(xué)通訊系統(tǒng)
已達(dá)到非常發(fā)達(dá)的程度。白蟻在外出覓食時(shí),總是沿途從腹端腺體中
分泌和撒放一種氣味物質(zhì)作標(biāo)記,好像它們到處在豎路牌,作為返回
蟻巢時(shí)識(shí)別道路而用。這種起路途標(biāo)記作用的化學(xué)信息物質(zhì)稱為“路
途標(biāo)記信息素”。每個(gè)種類的白蟻都沿途釋放它們自己的路牌標(biāo)記,
絕不會(huì)迷失路途。
你也可以做個(gè)小實(shí)驗(yàn)來(lái)證明白蟻的路途標(biāo)記信息素。取一塊玻璃
板,捉些白蟻并將它們搗碎,再放少許氯仿溶劑研勻,隨后用毛筆沾
上上述氯仿勻漿物,在玻璃板上畫(huà)個(gè)圈。接著你就把幾個(gè)同一類群的
活白蟻放在玻板上,當(dāng)白蟻?zhàn)呱线@圈后,一個(gè)一個(gè)白蟻都沿著這個(gè)圈
在爬,從不爬到外面去。
有個(gè)問(wèn)題還是要請(qǐng)大家想一下,科學(xué)家們研究出這些結(jié)果有什么
用呢?其實(shí)這種路途標(biāo)記信息化合物是很有用的。我們大家知道白蟻
是房屋建筑,運(yùn)河大堤,橋梁,地下通訊電纜的大敵,危害性很大。
由于白蟻筑巢于彳■發(fā)現(xiàn)的隱蔽處,因此白蟻防治難度很大,一般只
能進(jìn)行表面性處理?,F(xiàn)在就可以把白蟻的路途標(biāo)記物質(zhì)和一些內(nèi)吸性
殺蟲(chóng)劑混合,放在白蟻經(jīng)常出入處。一些白蟻沾著這些特殊藥劑,就
會(huì)把殺蟲(chóng)劑帶入巢內(nèi)。由于藥劑內(nèi)混有路途標(biāo)記物質(zhì),所以其它白蟻
也會(huì)跑到藥劑處來(lái),甚至于把這些藥劑也搬回巢內(nèi),引起整個(gè)蟻巢毀
滅。這可能是白蟻仿生防治的最新技術(shù)了。
圖7
圖7-L白蟻的兵蟻和工蟻;7-2白蟻蟻后;7-3螞蟻
科普知識(shí):
白蟻和螞蟻
白蟻是一種小老的昆蟲(chóng),景早的白蟻化石發(fā)掘在在柜令2億多年
嘛的地層中。在昆蟲(chóng)當(dāng)今類上,白蟻屬等翅目昆蟲(chóng),而螞蟻屬于膜翅
目昆蟲(chóng)。
一糠可”4雙”4下幾個(gè)方面區(qū)令白蟻和螞蟻;
7.乂食假上區(qū)別,白蟻:要取金木軒然的物質(zhì)、一薇汶哧贓后食物的
司慣。而蛆蟻金嘏很廣,肉食仁或春金槌、帝賅嘉食物的燈慣。
2M建疑秸構(gòu)上區(qū)別;白蟻的良蟻和工蟻桃憲、多數(shù)種類的眼睛已
退化。在活劭和取食的時(shí)候需要構(gòu)筑蟻路、蟻道或泥被、泥儀作名逵
先掩護(hù)物。便螞蟻系澳光、一般都不修疑蟻道。
三乂體型來(lái)看螞蟻的腰是很何的,而白蟻的腰和弱都差不多做如。
咨炫,它們也■相同之處——都是社會(huì)嘏昆蟲(chóng),過(guò)虜群檢的女活
方式,在白蟻右螞蟻的樨體里都府左不間的品被,各個(gè)品彼之間令工
明確又聯(lián)系紫襲。
昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室:
恃他現(xiàn)察臺(tái)蟻和蛆蟻的形態(tài)特征,得出菊渚的國(guó)別。
3.蜜蜂的信息素
一般昆蟲(chóng)的語(yǔ)言可能只是簡(jiǎn)單的一句話或是一個(gè)意思,例如“跟
我走”,“我是王”,而較高等的社會(huì)性昆蟲(chóng),如白蟻,螞蟻及蜜蜂等,
化學(xué)通訊的語(yǔ)言就比較復(fù)雜些。蜜蜂利用多種化學(xué)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)告警及
防御,認(rèn)識(shí)同伴,標(biāo)識(shí)目標(biāo),定向,抑制培育蜂王,抑制工蜂卵巢的
發(fā)育等作用。蜜蜂還會(huì)配合聲音,舞蹈在龐大的群體之間傳達(dá)各種復(fù)
雜的信息。
蜂王大顆腺分泌一種9-癸烯酸,又稱為“蜂皇質(zhì)”,2日齡的處女
王平均體內(nèi)含量為7微克,而5-10日齡含量高達(dá)108-133微克,是
一種具有強(qiáng)烈引誘雄蜂交配的語(yǔ)言。這種物質(zhì)還具有抑制工蜂卵巢發(fā)
育及培育蜂王的作用,同時(shí)促使工蜂供應(yīng)食物,引誘工蜂服侍作用。
同時(shí),它在維持蜂群的正常運(yùn)作、穩(wěn)定蜂勢(shì)上有重要作用。
工蜂的奈氏腺會(huì)分泌一種帶甜玫瑰花的香味,主要成分是香葉草
醇,橙花醇和法尼烯醇,這些物質(zhì)對(duì)穩(wěn)定分蜂群和定向飛行有很大作
用。當(dāng)采集蜂回巢找不到入口時(shí),守衛(wèi)的工蜂就會(huì)釋放這類物質(zhì)來(lái)指
引路徑。同時(shí),工蜂所釋放的這類化學(xué)語(yǔ)言還有召集工蜂及標(biāo)識(shí)的作
用。當(dāng)工蜂尋找到新巢的位置時(shí),會(huì)用它來(lái)召集其它工蜂。當(dāng)工蜂將
螫刺腔打開(kāi)露出螫針時(shí),會(huì)釋放出一種警報(bào)素,拍動(dòng)雙翅將這些警告
氣味散開(kāi),引導(dǎo)其它工蜂開(kāi)始進(jìn)行攻擊,并使一部分工蜂聚集在蜂巢
口處,作準(zhǔn)備攻擊姿態(tài)。這種警告物質(zhì)是異戊乙酸,蜂農(nóng)們很熟悉這
種像香蕉味的氣味。
工蜂的腳尖有一種附節(jié)腺也能分泌一種物質(zhì)于蜂箱入口,以此吸
引更多的工蜂存放這種物質(zhì)于蜂箱入口,起一種標(biāo)識(shí)蜜蜂起降的位
置,促使其它工蜂加入飛出行列。
利用蜜蜂的化學(xué)語(yǔ)言可以使蜂農(nóng)人為地控制蜂王的產(chǎn)卵,工蜂采
集,雄蜂交配,吸引工蜂到農(nóng)作物上,分蜂和工蜂聚集等方面的工作。
而奈氏腺的信息化合物可以用來(lái)收捕分蜂群,也可用于提高蜜蜂的授
粉效果。蜂皇質(zhì)可用于控制蜂王交配,或用于管理蜂王的生產(chǎn)。而蜜
蜂的忌避劑則可用于防蜂。
圖8
圖8-1蜜蜂巢;8-2胡蜂巢
科普知識(shí):
自蚣界中有許,奇眇的現(xiàn)象,電視蜂的巢穴一耳四步皋漳恒溫。
蜂巢南部的溫度由蜂群的全體我員共同闌節(jié),可。幡牖到/"。1#
里,工蜂扁劭翅膀,向蕖南扁就新鮮空氣,向外排出潮濕空氣。冬季
里,工蜂住猥迫扁劭翅膀“4提名巢南溫看。
萬(wàn)花筒:
蜜蜂化石:第一個(gè)小蜜蜂化石是在波羅的誨沿岸發(fā)現(xiàn)的,是一只
被密封左唬衲里的蜜蜂,器冬大豹7000^4o送只蜜蜂應(yīng)接是營(yíng)樨
體或法的。國(guó)爸在它身邊迷[另外58蜜蜂化石。送些蜜蜂祖先救命
名,琥為蜜蜂。在德國(guó)羅特的頁(yè)巖中也發(fā)現(xiàn)了一盛蜜蜂化石(距今
2500F—700F%);成法國(guó)阿基怩盆地發(fā)現(xiàn)的蜜蜂化石建奉3700萬(wàn)
—25004o所/運(yùn)班蜜蜂化石都保存相劣究,必。
動(dòng)腦筋:
我依|和道蜜蜂4行時(shí),含產(chǎn)金嘴備戶。住你知道送聲者是電何產(chǎn)
士的嗎7用實(shí)除證明,開(kāi)與我科普小卷文。
4.蠹蟲(chóng)的聚集素
經(jīng)常到樹(shù)林里去休閑時(shí),你在樹(shù)皮上可以看到一種小蠹蟲(chóng)。這
類小蠹蟲(chóng)屬于鞘翅目昆蟲(chóng),分布于全世界的森林樹(shù)木中,大多數(shù)種類
依賴枯立木或斷枝進(jìn)行繁殖,有些種類則直接危害健康樹(shù)木。這類小
蠹蟲(chóng)有個(gè)很奇怪的習(xí)性,每當(dāng)雌性小蠹蟲(chóng)尋找到寄主,并品嘗佳肴時(shí),
不會(huì)忘記朋友,得讓朋友們也來(lái)飽餐一頓。那它怎么來(lái)通知它的朋友
呢?辦法很簡(jiǎn)單,它會(huì)從蟲(chóng)糞中排出一種引誘其它個(gè)體前來(lái)聚餐的化
學(xué)氣味物質(zhì)。幾十年來(lái),森林保護(hù)人員就大量收集這類蟲(chóng)糞,并將這
些蟲(chóng)糞和殺蟲(chóng)劑混合涂在某些樹(shù)木上,或者將蟲(chóng)糞和粘膠一起涂在樹(shù)
木上,讓大量蠹蟲(chóng)來(lái)參加聚餐而一舉消滅掉。但要收集大量蟲(chóng)糞也是
一件不容易的事,然后科學(xué)家們就開(kāi)始對(duì)這種能召引蠹蟲(chóng)聚集氣味的
物質(zhì)進(jìn)行分離,鑒定和合成,第一個(gè)蠹蟲(chóng)聚集素是從幾公斤的雄性加
洲五點(diǎn)齒小蠹的蟲(chóng)糞中分離和鑒定出。近二十多年來(lái),蠹蟲(chóng)聚集素的
研究發(fā)展很快,已鑒定出近30多種小蠹蟲(chóng)的聚集素。
有人就要問(wèn)“既然小蠹蟲(chóng)能叫朋友來(lái)聚集,如果朋友來(lái)了太多怎
么辦,能不能叫一些朋友不要來(lái)呢?小蠹蟲(chóng)當(dāng)然可以做到這一點(diǎn)。譬
如一種云杉紅翅小蠹蟲(chóng),當(dāng)聚餐蟲(chóng)數(shù)越來(lái)越多時(shí),雄性蠹蟲(chóng)就會(huì)因擁
擠而大發(fā)雷霆,發(fā)出一種聲音,刺激雌性小蠹釋放一種抗聚集的氣味
物質(zhì),阻止其它蠹蟲(chóng)前來(lái)聚餐。這種蠹蟲(chóng)時(shí)而用化學(xué)語(yǔ)言,時(shí)而又用
聲音來(lái)表達(dá)另一種意思,這種通訊語(yǔ)言的混合表達(dá),確實(shí)使生物學(xué)家
感到驚奇。為了弄清蠹蟲(chóng)的化學(xué)語(yǔ)言和聲音語(yǔ)言間的相互關(guān)系,科學(xué)
家們采用特殊的錄音設(shè)備,將這種聲音錄制下來(lái)進(jìn)行研究。然后用復(fù)
制的仿生聲音去刺激雌性小蠹蟲(chóng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們?nèi)匀荒茚尫懦隹咕奂?/p>
物質(zhì)。人們從中也得到一種啟示,昆蟲(chóng)的聲音通訊在昆蟲(chóng)的生命周期
中也占有很重要的地位,一旦完全掌握它的奧秘,采用特殊的復(fù)制聲
音就可以來(lái)防治害蟲(chóng),你說(shuō)是嗎?
圖9
圖9:蠹蟲(chóng)危害狀
科普知識(shí):
常見(jiàn)的蠹蟲(chóng),有長(zhǎng)蠹、竊蠹、小蠹、粉蠹和皮蠹等昆蟲(chóng),其中前
三類昆蟲(chóng)主要在木材或活樹(shù)上危害,皮蠹昆蟲(chóng)主要危害皮、毛及其制
品。
蠹蟲(chóng)個(gè)體較小,成蟲(chóng)體長(zhǎng)一般為2-3mm,多數(shù)一年一代,以幼蟲(chóng)
越冬,翌年春天化蛹,4、5月份,蛹羽化為成蟲(chóng),成蟲(chóng)交配后產(chǎn)卵,
卵期約15天,孵化的幼蟲(chóng)便鉆入木材或毛皮中危害,是農(nóng)林業(yè)和毛
皮業(yè)的重要害蟲(chóng)。
昆蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室:
到卷鳥(niǎo)市場(chǎng)購(gòu)某一班面包蟲(chóng),及左熨料盒中或是破螭瓶中,每天
用就菜葉或是面包將、密干等啜食。現(xiàn)察它如何從幼蟲(chóng)變化名鼠蟲(chóng)。
同時(shí)可“工用一米嘏板盒嚼小后嘿食,看它是否取食。
5.昆蟲(chóng)的告警素
昆蟲(chóng)種類中有一種膜翅目和等翅目的昆蟲(chóng)種類,它們多數(shù)會(huì)由它
們的上顆腺,毒腺,杜氏腺或肛門腺等部位產(chǎn)生和釋放一種氣味物質(zhì),
能刺激其它社會(huì)性昆蟲(chóng)的攻擊和防御行為,這種化學(xué)語(yǔ)言我們稱它作
“告警素”。例如一種蜜蜂工蜂的螫刺口器分泌一種異戊酸已酯,這
種物質(zhì)能刺激工蜂產(chǎn)生保衛(wèi)蜂巢的特殊行為反應(yīng),可召集工蜂集結(jié),
并擺出大決戰(zhàn)的架勢(shì),劇烈擺動(dòng)觸角,好似古代作戰(zhàn)時(shí)士兵用矛敲擊
盾牌時(shí)的姿態(tài),突然所有工蜂打開(kāi)毒刺,瘋狂地向入侵者發(fā)起致命一
擊。這類戰(zhàn)役一旦發(fā)生,由于工蜂到處散發(fā)這類告警素,隨即會(huì)有更
多的工蜂集結(jié),越來(lái)越多,一場(chǎng)大浩劫即將開(kāi)始。在非洲一帶,???/p>
見(jiàn)一種蜂,在空中聚集多得像一小塊烏云,它們會(huì)突然襲擊道路上的
行人,身上被刺滿毒刺而死亡。當(dāng)?shù)厝颂貏e懼怕這種蜂。
有一種名叫金字塔蟻的工蟻一旦碰到入侵者或危險(xiǎn)時(shí)就分泌一
種告警素,激起附近其它工蟻興奮和朝發(fā)出告警素的方向集結(jié)。嗅到
這類告警素氣味的工蟻,首先將胸部抬起,上顆張開(kāi),作鋸齒形運(yùn)動(dòng),
好似一輛為避開(kāi)敵人炮火的坦克。前方在戰(zhàn)斗,而這類告警素會(huì)使后
方工蟻產(chǎn)生挖掘行為,大挖壕溝,并轉(zhuǎn)移后代。真像一個(gè)集團(tuán)軍在負(fù)
責(zé)防御,掩護(hù)撤退一樣。一種澳洲白蟻的兵蟻受到危險(xiǎn)時(shí)會(huì)從其頭部
分泌出一種a-菠烯氣味物質(zhì)以誘導(dǎo)其它兵蟻聚集和致使小動(dòng)物麻
痹。
常見(jiàn)的害蟲(chóng)一財(cái)蟲(chóng)也會(huì)釋放告警素,它們?cè)谂龅轿kU(xiǎn)時(shí),就由腹
端兩側(cè)的一對(duì)腺體,分泌這種告警素。這種告警素的作用是告訴其它
財(cái)蟲(chóng)“這里有危險(xiǎn),大家快逃命吧!”。其它個(gè)體一旦嗅到這類氣味,
往往會(huì)從植物葉面自己掉下來(lái),躲避危險(xiǎn)。哪么,科學(xué)家們所發(fā)現(xiàn)的
這種告警素,有什么用呢?既然財(cái)蟲(chóng)一嗅到這種氣味,就會(huì)從葉子上
落下來(lái)??茖W(xué)家們就設(shè)計(jì)一種用來(lái)防治蜥蟲(chóng)的仿生技術(shù),這種技術(shù)采
用兩部拖拉機(jī),一輛拖拉機(jī)上裝上能向植物噴上這種告警素的氣味,
緊隨其后的一輛拖拉機(jī)裝有噴灑殺蟲(chóng)劑的裝置,用殺蟲(chóng)劑處理土壤表
面。這樣一來(lái),嗅到告警素的螃蟲(chóng)都會(huì)自動(dòng)跳到地面上來(lái),隨后用殺
蟲(chóng)劑一處理,都把這些財(cái)蟲(chóng)殺死了。這種仿生技術(shù)你說(shuō)妙不妙?
圖10
圖10:群居的魴蟲(chóng)
科普知識(shí):
螞蟻和蜘蟲(chóng)
螞蟻系猊唳取楨物莖桿南的汁液,耳藥將蟲(chóng)、介殼蟲(chóng)、木虱和其
他一咤昆蟲(chóng)市這種域敏?;x(chóng)通過(guò)口器吸取汁液,M中吸收氟化物井
將含糖的軻余物,/蜜露排出。名采集蜜露,一盛蛆蟻飼入各種滑蟲(chóng)
我介殼蟲(chóng)。螞蟻用觸角撫摸翔蟲(chóng)促使它今泌蜜露,而后者區(qū)甘情愿地
配,合,將蟲(chóng)捷起腹梆,今泌出一謫蜜露。送時(shí)撫鎮(zhèn)將蟲(chóng)的螞蟻便缽食
蜜露。受到擾掇的滑蟲(chóng)挺翅腹梆,M肛門一謫一謫合
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