登陆注册
31319700000005

第5章 鲎(hòu)和鲎眼仿生

鲎是一种古老的节肢动物。它的身体可分成头胸、腹和尾三个部分。头胸和腹的背面覆盖着蟹壳似的甲壳,形状像马蹄,所以有人称它为马蹄蟹。尾部像一把锋利的长刺突出在体后。鲎生活在沙质海底,夏天常见雄鲎爬在雌鲎的背壳上,相随活动,形影不离。退潮时雌雄结伴爬行在沙滩上,以蠕虫和无壳的软体动物为食。

鲎跟蟹一样也有坚硬的甲壳,但是它不属于甲壳纲动物,在它头胸部的腹面有6对关节的附肢,前5对末端呈螯状,第2~6对基部都有咀嚼面围住口部,因此,它应该属于肢口纲动物。这个纲仅仅发现过两类,其中巨甲类早已成为化石,现在还存活着的唯一的剑尾类就是鲎。它的幼虫与三叶虫的成体非常相似,足以证明鲨的古老。将1.75亿年前的鲎化石与现存的鲎比较,在演化上还看不出有什么变化,因此,人们称它为活化石。

生物的血液一般是红色的,然而鲎的血液是蓝色的,因为鲎血中含有0.28%的铜元素。更有价值的是鲎血对细菌十分敏感,一接触到很快就会凝固。人们便将鲎血制成试剂,用来测检人体、药物和食品等是否被细菌污染,既快速又准确。鲎的生命力非常强,能离水存活很久,只要满足其湿度和凉爽的条件,就能经受长途运输,这些对作为实验材料来说是十分理想的。

最吸引人们的是鲎的视觉器官,它有一对单眼和一对复眼。同许多昆虫的复眼一样,鲎的复眼也是由许多小眼镶嵌而成,每只小眼都有水晶体、感光细胞和与之相连的神经纤维。但是,鲎小眼体积大,神经纤维也粗,给研究工作带来方便。美国洛克菲勒研究所的哈特兰(H.K.Hortline)等人就是用鲎的复眼作为研究对象,才发现鲎的视觉侧抑制现象,并研制出侧抑制数学模型。美国通用电气公司高级电子中心的工程师们根据鲎的视觉侧抑制原理研制出鲎眼电子模型,从而使电视荧屏上的图像更加清晰。应用鲎眼技术可提高X光和宇航摄影的清晰度。应用在军用雷达显示器上同样有良好的效果。

形状古怪的鲎,为了理解鲎视觉侧抑制到底是怎么一回事及其为什么能起到如此的作用,让我们先来看一下眼晴是怎样看到物体的,以及通过眼睛来观察周围物体的形状、明暗、颜色、距离和运动等情况。但是,单靠眼睛再看也只是熟视无睹,能见的是大脑。外部物体通过晶状体的聚焦作用,使来自被注视的物体上的光聚焦在视网膜上。视网膜是多层结构,相当复杂,其中有三级神经细胞构成视觉传导:第一级神经细胞是感光细胞,只要是眼晴,不论简单或复杂,在视网膜上都有感光细胞,可分为锥感光细胞和杆感光细胞,前者能接纳光波长短的刺激,能辨别颜色,后者能接受光的强弱,感光细胞是唯一能感受光的细胞。因为它含有感光色素,目前了解得最多的感光色素是视紫红质,它是维生素A醛和视蛋白的结合物,光线射到感光细胞上,把视紫红质色素漂白,以后在维生素A的辅助下,用呼吸作用所获得的能量重又合成视紫红质,在此光化学反应过程中,将光能转化为电能,引起神经兴奋,发放信息,信息的大小就是脉冲频率,即单位时间内发出的脉冲数。第二级神经细胞是双极神经细胞,它的一极与感光细胞相联系,另一极与第三级神经细胞——视神经细胞相联系,视神经节细胞发出视神经纤维,由许多视神经纤维集结成视神经把来自视网膜上的信息输送到间脑的外侧膝状体,交换神经细胞后,沿着外侧膝状体放出的视放线继续输送,信息经过如此复杂的线路时加以整理后送到大脑背面的视区,在视区上这些经过整理的信号把视网膜上众多感光细胞形成的镶嵌图像译成画面,使大脑获得外界的形象。如果用放大镜观察报刊上的图版和电视屏幕上的影像,可发现它们其实都是由许多小点镶嵌成的,这就较易理解脑是怎样接收影像的了。

现在我们再来看看视觉的侧抑制,首先被发现于鲎的复眼中,后来发现许多动物,如猫、猴等都存在着视觉侧抑制的现象。哈特兰和他的助手用鲎的复眼做实验,把精密的微电极的一端插入一个小眼的视神经纤维上,另一端接到测量放大器的输入端,观察其对光输入的反应。当光束照射这个小眼时,从微电极上记录到一串脉冲,脉冲的大小基本与光强度的对数成正比。把两根微电极的一端分别插入两个邻近的小眼视神经纤维,另一端各接测量放大器,用同样强度的光束同时照射到这两个小眼,从两者的微电极上都记录到脉冲,但是,这两者的输出脉冲频率都比单独照射时的频率低。这就表明:当一个感光细胞受到光刺激引起兴奋,可使相邻的感光细胞受到抑制,也就是说各个小眼的输出起着减少附近小眼的输出作用。由于这种抑制作用是通过小眼视神经纤维之间的侧向联系网络来实现的,因此,哈特兰把它称为侧抑制。侧抑制起着加强对比度的作用,使物体的轮廓突出,从而所见形象也就更加清晰了。可以想象,当海中物体的光投入鲎眼复眼中的那部分小眼引起兴奋,产生脉冲,由于侧抑制,抑制了这部分小眼以外的小眼发放脉冲,这样在鲎脑的视觉中枢上接收到的信号就有明暗的反差,于是,物体的轮廓也就清晰地显示出来。前面提到的电视屏幕图像是由一个个小点凑合而成,当要在屏幕上显示电视片名时,如果把拼成片名的那些点变亮,同时把片名以外的那些点变暗,这样由于黑白对照分明,片名就会显得格外清晰。可见鲎眼仿生是仿生学上的成功事例之一。

同类推荐
  • 探索未知-反思数学

    探索未知-反思数学

    探索未知,追求新知,创造未来。本丛书包括:奇特的地理现象、遗传简介、生活物理现象解读、奥妙无穷的海洋、认识微生物、数学经典题、垃圾与环境、湛蓝浩瀚四大洋、生物的行为、漫谈电化学、数学古堡探险、中国的世界文化遗产、中国古代物理知识、中国三大三角洲、中国的地理风情、多姿的中国地形、认识少数民族医学、悠悠的中国河流等书籍。
  • 新课程百科知识——中国体育史话

    新课程百科知识——中国体育史话

    本书讲述了原始社会时期的体育、奴隶社会时期的体育、封建社会时期的体育和鸦片战争至辛亥革命时期的体育。
  • 现代科技大观(上)

    现代科技大观(上)

    本套书简明扼要,通俗易懂,生动有趣,图文并茂,体系完整,有助于读者开阔视野,深化对于中华文明的了解和认识;有助于优化知识结构,激发创造激情;也有助于培养博大的学术胸怀,树立积极向上的人生观,从而更好地适应新世纪对人才全面发展的要求。
  • 环境保护知识问答

    环境保护知识问答

    本书以问答的形式介绍了环境保护知识,以法律法规为先导、可持续发展为主线,妥善处理农村环境,通俗易懂。
  • 科学探索百科——人体怪象百科

    科学探索百科——人体怪象百科

    人类社会和自然世界是那么丰富多彩,使我们对于那许许多多的难解之谜,不得不密切关注和发出疑问。人们总是不断地去认识它,勇敢地去探索它。虽然今天科学技术日新月异,达到了很高程度,但对于许多谜团还是难以圆满解答。人们都希望发现天机,破解无限的谜团。古今中外许许多多的科学先驱不断奋斗,一个个谜团不断解开,推进了科学技术的大发展,但又发现了许多新的奇怪事物和难解之谜,又不得不向新的问题发起挑战。科学技术不断发展,人类探索永无止境,解决旧问题,探索新领域,这就是人类一步一步发展的足迹。
热门推荐
  • EXO之抛弃和再遇

    EXO之抛弃和再遇

    早知道会被抛弃,当初又何必爱呢?早知道我们命中注定不会在一起,当初又何必遇见呢?人心难测,我却看透了你。
  • 哈罗!美利坚

    哈罗!美利坚

    本书分为衣食住行、教育医疗、工作娱乐、社会生活、五十述怀共五个部分,是一部中国人在美国的生活秀,作者用十分生活化的语言介绍了美国的方方面面,记录了旅居美国20多年的点点滴滴,在嬉笑怒骂中饱含人生哲理。本书反映的一些问题,比如华人子女在美国的教育和身份认同问题,折射出中西两种文化的碰撞与融合,具有深刻的意义。
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 苏总太高冷之前程似锦

    苏总太高冷之前程似锦

    她身为他的妻子,他却只爱那个人。她爱他如命,他恨他入骨。为了那个人他亲自把她送进手术室。真相大白,他才知道他欠她一生而她已经不在乎了。笑之明媚是她,冰冷如霜也是他,只有他知道这一切都是因为他。
  • 破军纵横

    破军纵横

    好吧,实力下降也就算了,直接成了废人。废人也就算了,还遇见了女神。遇见了女神也就算了,女神似乎还高不可攀。那就推倒吧。话说,怎么还捡了个女儿啊!实力全废,没事,咱有金手指,拍技能书,书拿来,直接拍,一拍就会。什么光明圣王修炼的的秘籍千年没一个人会,拍了,会了。什么创世神留下来的秘诀,除了创世神没人看的懂?没事,拿来,拍了,会了。没有元力?没事,咱可以借星星的力量,知道为什么叫做破军么?劳资可以借破军星的力量啊!小喽啰调戏咱妹纸,直接拍飞!
  • 唤汝

    唤汝

    大荒初始之际,风啸沙迷,后来飓风渐缓,惊现水源,诞生了初代生命——荒鬼。他们是大荒的守卫者,是百无禁忌的鬼族军团。毓流荒生而为鬼王,为大荒死,与大荒生。若没有遇到青衣,她或许会一直保持这样的状态,但她遇到了,始发觉,这世上能让她甘心去死的,还有一个青衣。我能为你去死,却不能为你而活,她这样说。
  • 小美的烘焙时光

    小美的烘焙时光

    5级烘焙阶梯,25种基础做法及步骤,58款百分百成功黄金配方大公开,4款独有木糖醇甜点贴心呵护,365天覆盖所有重要节日尽享甜蜜烘焙,超浪漫颜色超娇嫩造型。
  • 破壳萌的奇妙冒险

    破壳萌的奇妙冒险

    Pokemon,在中文的谐音下便是破壳萌少年醒来,发现【世界】正如阿尔宙斯所说,再与破壳萌的世界融合…“什么鬼啊,邻居养的狗变成了卡蒂狗,树上停落下的鸟变成了波波,我去,烈雀还在追杀波波,这跟破壳萌图鉴写得一样,这就是真实的破壳萌吗?”少年:“我是萌新,刚来新世界,这就是破壳萌吗?爱了爱了。”本书要素有点多,但请放心,绝对不会为了玩梗而玩梗,而且就算你不懂梗也没关系,因为你任然能看懂。(手动忽略不认识中文的外国人)
  • 我们什么时候可以相遇

    我们什么时候可以相遇

    席泽:我只想陪你一起到老。女人:“我只是想给宝宝一个完整的家庭。”那是一个作为母亲的妥协!
  • 空中云儿落谁家

    空中云儿落谁家

    从小玩在一起的三女二男,小学三年级开始一起上学一起下学,直到大学,毕业,工作,他们在一起的风风雨雨,一起的成长、堕落,爱恨交织,最终,却不知路在何方······