動(dòng)物節(jié)能有奇招

提高有限能源的使用效率，出產(chǎn)更多的產(chǎn)品，是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，也是大自然的法則。人類節(jié)能減排，是在對環(huán)境污染反思中認(rèn)識(shí)的；動(dòng)物節(jié)能，則是選擇進(jìn)化中長期與環(huán)境因素磨合造就的。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物的節(jié)能結(jié)構(gòu)與技巧，比人類更高明，更合乎科學(xué)原理，是人類學(xué)習(xí)的范本。

節(jié)能模范自天成

鳥在空中飛翔時(shí)既要克服地心的引力，又要戰(zhàn)勝空氣的阻力，消耗的能量是地面運(yùn)動(dòng)的十幾倍。鳥在進(jìn)化選擇中發(fā)展了高效的節(jié)能結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式，成為人類空間動(dòng)力學(xué)研究的模式動(dòng)物。

鳥類身體呈流線形，大大減少了在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力。鳥的胸部肌肉非常發(fā)達(dá)，而且積聚著大量的能量。飛行時(shí)，兩只翅膀不斷地上下扇動(dòng)氣流，產(chǎn)生巨大的下壓抵抗力，足使鳥類能夠快速前行。其次，鳥類的骨頭是空心的，里面充有空氣，頭骨是一個(gè)完整的骨片，身體各部位的骨椎也相互愈合在一起，肋骨上有鉤狀突起，互相鉤接，形成強(qiáng)固的胸廓。這些獨(dú)特的骨骼結(jié)構(gòu)不僅減輕了烏的自身質(zhì)量，還增強(qiáng)了飛翔的能力。

鳥類的肺是實(shí)心的，呈海綿狀，還連有9個(gè)氣囊，在飛翔時(shí)，空氣由鳥鼻孔吸入后，一部分在肺里直接進(jìn)行氣體交換，另一部分存入氣囊，再經(jīng)肺腔排出。所以，鳥類在飛行時(shí)只進(jìn)行一次吸氣，但肺部進(jìn)行了兩次氣體交換，省了一半的呼吸耗能，保證了飛行中有足夠的氧氣供應(yīng)。

鳥類飛羽非常輕但結(jié)構(gòu)堅(jiān)韌。羽毛的中央是一根羽軸，兩邊著生羽片，羽毛基部還有一團(tuán)絨羽。羽片是由許許多多平行細(xì)長的羽枝組成，每根羽枝可以看作一根小“羽毛”，兩側(cè)密生精細(xì)的羽小枝。這種天成的結(jié)構(gòu)有效地減少了飛行時(shí)的空氣阻力，展翅飛翔時(shí)能產(chǎn)生的升力，還能除震顫、消噪音。有些鳥在長途遷徙中，常排成行，利用頭鳥振翅的氣流，節(jié)省飛行用力。一只100克體重的鳥飛行1千米只消耗680焦耳的能量，只是陸地動(dòng)物的1／3。

鳥兒與空氣動(dòng)力學(xué)的結(jié)緣已有1億多年的歷史，它們的節(jié)能結(jié)構(gòu)和飛行原理，一直是人工航天器仿生的對象，但人類至今還沒有弄清楚鳥的撲翼原理，這也是人類～直造不出撲翼機(jī)的原因。

海豚節(jié)能是個(gè)謎

在所有的海洋哺乳動(dòng)物中，海豚無疑是同人類最親近也最聰明的。與人類一樣，海豚也有學(xué)習(xí)能力，比黑猩猩還勝一籌。成年海豚的平均腦重為1600克～1800克，比人腦還重，而且海豚的大腦皮層上布滿溝回，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于獼猴，而僅次于人類。現(xiàn)在海豚被人訓(xùn)練做表演明星、探測海中危險(xiǎn)物品、海洋偵察、軍事布雷等工作，成了人類的朋友和得力助手。

海豚皮膚光潔，游速很快，感覺一點(diǎn)也不費(fèi)力。海豚不僅有一個(gè)理想的流線型體形，而且還有特殊的皮膚結(jié)構(gòu)。海豚的皮膚分兩層：外層薄而富有彈性，里層是乳頭層和刺狀層。乳頭層里有稠密的膠原纖維和彈性纖維，其間充滿脂肪，可使水流引起的振動(dòng)減弱。人們依照海豚皮的這種功能和結(jié)構(gòu)研制成一種人造海豚皮，試驗(yàn)表明，將人造海豚皮貼到魚雷上時(shí)，魚雷在水中的運(yùn)動(dòng)阻力至少減小50％。

日本的科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，海豚身上柔軟的皮膚每2小時(shí)就要?jiǎng)兟湟淮巍榱肆私膺@種柔軟皮膚和剝落的作用，研究人員開發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬程序，模擬出水流作用于海豚皮膚以及每一片皮膚剝落的模型。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種柔軟的起伏不平的皮膚有助于減少摩擦力，皮膚剝落的過程能夠擾亂水流形成的小旋渦，從而減少阻力。目前，研究人員正對模型進(jìn)行改進(jìn)，希望能夠更加準(zhǔn)確地模仿海豚的皮膚。這些結(jié)果可能有助于科學(xué)家設(shè)計(jì)出速度更快、能效比更高的船只、大型客輪和潛艇。

人們還發(fā)現(xiàn)，海豚在同艦艇比賽時(shí)，游速增加一倍，但心跳與呼吸卻仍保持平時(shí)一樣的速率。科學(xué)家對此十分驚訝，這種節(jié)能術(shù)自然界少有，人類機(jī)器更是望塵莫及，如果能搞清其中的原理并將其用于人類的節(jié)能設(shè)計(jì)，將會(huì)大大促進(jìn)人類節(jié)能減排。

冬眠成就節(jié)能冠軍

龜、鱉、蛇等爬行類動(dòng)物，沒有恒定的體溫，每到冬天，它們都要沉入水底淤泥、鉆進(jìn)沙堆或躲進(jìn)洞穴，幾個(gè)月不吃不喝進(jìn)行冬眠。爬行動(dòng)物在冬眠時(shí)體溫會(huì)降到2℃，細(xì)胞中的酶停止了活動(dòng)，新陳代謝也幾乎停止，節(jié)省了大量的食物和能量。此種高超的節(jié)能技巧，大部分動(dòng)物是無法做到的。蛇在不冬眠時(shí)，捕食一次可以很長時(shí)間不吃東西。泰國一家動(dòng)物園的一條7米長的蟒禁食兩年半竟沒有死，只是體重從57千克下降到27千克，真算是爬行動(dòng)物中的節(jié)能冠軍了。

熊冬眠時(shí)高超的節(jié)能技巧，也相當(dāng)驚人的。小型哺乳類動(dòng)物在冬眠時(shí)體溫會(huì)急速下降，但熊的體溫只會(huì)下降約4℃，心跳速率減緩75％，能量來源就是熊體內(nèi)儲(chǔ)存著大量的脂肪，脂肪新陳代謝會(huì)產(chǎn)生毒素。但熊在冬眠時(shí)，肝臟會(huì)將這些毒素分解為無害的物質(zhì)。這種生化機(jī)制還能讓熊回收代謝的水分，進(jìn)行循環(huán)利用，因此，熊在冬眠時(shí)不用排尿。醫(yī)學(xué)家們對熊的這種本領(lǐng)特別感興趣，因?yàn)椴坏墓?jié)能技巧可以仿生，熊肝臟細(xì)胞的解毒能力，在醫(yī)學(xué)上也大有用處，如果能搞清它的原理，就可以用于尿毒癥的治療，給眾多的患者帶來福音。

動(dòng)物的冬眠完全是一項(xiàng)對付不利環(huán)境的保護(hù)性行為。引起動(dòng)物冬眠的主要因素，一是環(huán)境溫度的降低，二是食物的缺乏。動(dòng)物冬眠會(huì)引起甲狀腺和腎上腺作用的降低，生殖腺卻發(fā)育正常。冬眠后的動(dòng)物抗菌抗病能力反而比平時(shí)有所增加，顯然，節(jié)能的冬眠對它們是有益的，使它們到翌年春天蘇醒以后動(dòng)作更加靈敏，食欲更加旺盛，而身體內(nèi)的一切器官更會(huì)顯出返老還童的現(xiàn)象。人類是否可以通過冬眠節(jié)能治療疾病，改善病變器官的功能?醫(yī)學(xué)家們正在研究中。尋找人與熊代謝類型的共同點(diǎn)，用熊的冬眠節(jié)能機(jī)制為人類健康服務(wù)，一直是醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。

循環(huán)利用出美名

有“沙漠之舟”美稱的駱駝，不僅能貯水，還善于保水，耐干渴在動(dòng)物界是出了名的。有人曾把幾頭駱駝拴在沙漠中曬了8天，結(jié)果它們失去了占體重1／4的水分，但血液中的水分只失去1／10，血液循環(huán)仍然暢通無阻，因而仍能以驚人的毅力，挺立在驕陽之下。解剖發(fā)現(xiàn)，駝峰里裝的不是水而是脂肪，脂肪在氧化產(chǎn)生熱量的同時(shí)也產(chǎn)生了水分，所以駱駝能長時(shí)間挨餓和不喝水。駱駝出汗很少，排尿量也少，這可以節(jié)省大量水分。代謝產(chǎn)生的廢物尿素對機(jī)體有很大的毒性，一般的動(dòng)物失水后會(huì)尿中毒，但駱駝的肝臟能將尿素分解，合成新的蛋白質(zhì)。這種變廢為寶，循環(huán)利用物質(zhì)的本領(lǐng)，在動(dòng)物界也是很少見的。

一頭成年的駱駝，能馱運(yùn)重物長途跋涉，速度和耐力勝過馬匹。澳大利亞曾舉行過一次駱駝與馬的180千米賽跑。結(jié)果馬以微弱的優(yōu)勢贏了這場比賽，可是隨即便倒斃了。而駱駝經(jīng)過一夜的休息后，第二天仍以同樣速度跑了180千米。駱駝的血漿中有一種特殊的蛋白質(zhì)，可以保持血液中的水分。每當(dāng)體內(nèi)的水分明顯損耗時(shí)，這種蛋白質(zhì)仍能維持血液中的水分，保證血液循環(huán)正常進(jìn)行。科學(xué)家把駱駝血漿里的這種蛋白質(zhì)注射到兔子體內(nèi)，結(jié)果這些兔子在沙漠中斷水7天，體內(nèi)水分喪失30％，仍未死亡；而沒有注射過這種蛋白質(zhì)的兔子，失水10％就夭折了。

巢穴構(gòu)建有奇法

昆蟲是動(dòng)物界最大的類群，在進(jìn)化選擇中，它們也發(fā)展了許多節(jié)能本領(lǐng)。有一種黑翅土白蟻，它們的巢穴大都建在水庫或江河的土壩中，離地面幾米到十幾米不等。主巢是蟻后居住的地方，主巢的頂部呈拱形，就像黃土高原上的窯洞。下面還修有貯水池，既可以存放滲進(jìn)來的雨水，防止蟻巢被浸泡，還有保持蟻巢濕度的作用。主巢周圍有副巢，副巢是工蟻和兵蟻居住的地方，是由工蟻利用木頭的碎末和真菌菌絲建成的，很像建筑上的保溫材料。白蟻副巢內(nèi)蟻道縱橫交錯(cuò)，空氣流通，夏天隔熱通風(fēng)，冬季保暖，總能使蟻巢保持合適的溫度和濕度，是最好的自然空調(diào)。在人類使用空調(diào)時(shí)，白蟻建造的節(jié)能空調(diào)已在大自然運(yùn)轉(zhuǎn)上億年了，這可是人類沒有想到的。

蜜蜂是昆蟲的節(jié)能模范，工蜂用蠟建造蜂巢時(shí)，打造成六角形結(jié)構(gòu)，巢房剛好對半錯(cuò)開，組合成的六角形的邊交叉點(diǎn)，成了內(nèi)側(cè)六角形的中心。人們總是心存好奇，為什么工蜂會(huì)選擇將蜂巢設(shè)計(jì)成六角形而非其他形狀?如果蜂巢呈圓形或八角形，會(huì)出現(xiàn)空隙：如果是三角形或四角形，則會(huì)減小面積。工蜂就這樣用最少的材料，造出了盡可能大的蜂巢，還提高了強(qiáng)度，防止巢房破裂。因?yàn)榉涓C結(jié)構(gòu)節(jié)省原材料，又非常堅(jiān)固，它的原理一直用于機(jī)翼和人造衛(wèi)星外殼的設(shè)計(jì)制造。

另外，采蜜的組織工作也是十分嚴(yán)密，先由偵察蜂探蜜源，確定飛行的最佳線路，蜂群取得正確的信息后，才紛紛出發(fā)，這樣可以用最經(jīng)濟(jì)的勞動(dòng)收獲更多的蜜。當(dāng)蜂群中雄蜂數(shù)量過多時(shí)，工蜂就會(huì)采取斷然的手段，將一些雄蜂驅(qū)逐出去，以節(jié)省食物，因?yàn)樾鄯湮ㄒ坏墓ぷ骶褪桥c蜂王交尾，蜂王根本不需要那么多情郎。