奇妙的大自然-第1部分

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简介：奇妙的大自然董淑亮编著
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亲近自然　崇尚科学——写给读者的话（）　
“亲近自然，崇尚科学”，是人类生命的追求所在。从人类诞生的那一天起，人与大自然就是相偎相依、共生共存的。生命的一衣一食来源于大自然，生命的一始一终归于大自然。人类也在认识自然、改造自然、利用自然的进程中，逐渐学会了善待大自然，尊重大自然，直至崇尚大自然。

　　　　《360°亲近大自然》这套丛书可以让读者撩起大自然神秘的面纱，欣赏大自然的瑰丽，品味大自然的启迪，领略大自然的神奇，让心灵得到净化，视野得到拓展，精神得到升华！

　　　　《360°亲近大自然》丛书分为《奇妙的大自然》、《神秘的地域》、《诱人的海洋》三册。本册是《奇妙的大自然》。

　　　　《奇妙的大自然》让我们认识了大自然给人类带来的启示，展示了人类向动物、植物及其他生物学习后产生的重要发明、发现成果。以飞行为例，人类在学会飞行后，1912年超过了鸟的飞行速度，1916年超过了鸟的飞行高度，1924年超过了鸟的飞行距离。再如：“鸽子与千里眼”、“蝴蝶与百叶窗散热器”、“蜜蜂与偏光导航仪”、“啄本鸟与防震头盔”、“猫与夜视仪”等，让我们懂得人类的许多发明创造，是向大自然学习的成果，是大自然“推进”了人类的文明进程！以大自然为师，人类有了一系列发明创造，有了杰出的“蜂窝建筑”，有了神奇的“飞天梦”，有了鱼眼照相机、电子蛙眼、恐龙钻头……阅读《奇妙的大自然》，让我们从此对大自然刮目相看，肃然起敬！

第一章　调控生命节律的隐形巨手——生物与生物钟（）　
小问号

　　　　早晨、中午、晚上这三个时间段吃饭规律一般不能破坏，一旦破坏，就会有“人”提醒您“该吃了”，吃到一定程度，又会有“人”提醒你“可以了”？它就是生物钟，被科学家称为“调控生命节律的隐形巨手”。在大自然中，许多生物（包括动物、植物等）体内的活动也有一定的规律，它们也有自己的生物钟。许多植物开花时间就非常有规律，像蒲公英大约在早晨5时开花，半枝莲大约在10点，万寿菊大约在下午3点，烟草花大约在晚上6点……不同时间开花的花草，可以组成一个为人类报时的“花钟”。动物体内生物钟现象的例子更是数不胜数。那么，人类什么时间发现了生物钟？这一发现对人类生活产生了什么样的影响，或者说，有哪些妙用？

　　　　大自然中有一些奇妙的现象，让人类着『迷』：在海滨的沙滩上，生活着一种招『潮』蟹，每当『潮』水涌来时，它躲在洞『穴』里休息，『潮』水退却，又准时从洞『穴』中爬出来活动，对涨『潮』、落『潮』的时间把握得好像非常准确——『潮』汐时间每天恰好向后推迟50分钟。小小招『潮』蟹对这个时间好像永远铭记在心，不会忘记似的，所以它的活动才那么准时准点！有一种哺『乳』动物，名叫鼯鼠，白天躲藏在树洞里休息，黄昏时分钻出洞『穴』活动，通宵达旦地从这棵树上跳到那棵树上觅食。鼯鼠的活动非常有规律，只要白天的光线暗到一定的程度，它便会匆匆忙忙地钻出来呢！还有令人作呕的蟑螂，它的活动周期与黑暗的到来也是密切相关的。它最活跃的时间是傍晚。如果拿它做实验，通过灯光把白天变成黑夜，把黑夜变成白天，蟑螂的活动也就会跟着改变。

　　　　在南美洲的危地马拉有一种第纳鸟，它每过30分钟就会“叽叽喳喳”地叫上一阵子，而且误差只有15秒，因此那里的居民就用它们的叫声来推算时间，称为“鸟钟”。在非洲的密林里有一种报时虫，它每过一小时就变换一种颜『色』，在那里生活的家家户户就把这种小虫捉回家，看它变『色』以推算时间，称为“虫钟”。在南非有一种大叶树，它的叶子每隔两小时就翻动一次，因此当地居民称其为“活树钟”。不仅如此，据美国最新的《自然》杂志介绍，某些单细胞生物体内不仅存在生物钟，而且这些生物钟十分精确。

　　　　……

　　　　早在19世纪末，科学家就注意到了生物体具有“生命节律”的现象。20世纪初，德国内科医生威尔赫姆·弗里斯和一位奥地利心理学家赫尔曼·斯瓦波达通过长期的临床观察，揭开了其中的奥秘。原来，在病人的病症、情感以及行为的起伏中，存在着一个以23天为周期的体力盛衰和以28天为周期的情绪波动。大约过了20年，奥地利因斯布鲁大学的阿尔弗雷特·泰尔其尔教授，在研究了数百名高中和大学学生的考试成绩后，发现人的智力是以33天为波动周期的。于是，科学家们将体力、情绪与智力盛衰起伏的周期『性』节奏，绘制出了三条波浪形的人体生物节律曲线图，被形象地喻为一曲优美的生命重奏。到了20世纪中叶，生物学家又根据生物体存在周期『性』循环节律活动的事实，创造了“生物钟”一词。

　　　　从生物的生物钟的发现，到人体生物钟的揭秘，虽然经历了漫长时间，学者们付出了艰辛劳动，但是这一成果对人类来说是非常重要的，与人类的生活生产，甚至社会的进步密切相关。医学家从人体生物钟的研究中发现，『药』物在不同的生物周期中起的作用也不同，像糖『尿』病人在上午4时对胰岛素最敏感，人得传染病最可能死亡的时间是早晨5点半左右。生物学家利用生物钟来消灭害虫，如：用除虫菊消灭苍蝇在下午3时最有效，诱杀蟑螂最好是在下午5时，等等。生物钟这一现象的发现，对从事栽培学、畜牧学、生理学及航天航海研究的科学工作者，都有许多十分有益的启迪。

　　　　【小档案】

　　　　宇宙飞船在飞离地球后，四周是几十亿颗亮闪闪的星星，地球上的昼夜交替、气压变化、温度起伏及其他的原因都被远远地抛在脑后，航天员的生物钟全给拨『乱』了。航天员的睡眠是受人体的生物钟来控制的。由于外界环境改变，人体的生物钟也改变，所以航天员必须接受严格的训练，严格遵守制度，按规律作息，并通过一定的外界刺激，有节奏地作用于宇航员，让人体符合地球上的24小时循环，从而保证航天员在航天飞行中的睡眠。

第二章　永不迷失的坐标——生物与天文导航（）　
小问号

　　　　“人类是万物之灵”，但是与其他生物相比，也并非样样精通：游泳的本领不如鱼、飞行的能耐不如鸟、跳动的速度不如兔、威猛强大不如虎……就是简单的认路，我们与许多生物相比也是不可同日而语的。如果把你带到一个陌生的地方，不要说是深山老林，就是千里之外的一个城市，一般人也会『迷』路的。可是加拿大的刺歌雀、北美的君王蝶等纵横数千里，以及“燕子归来寻旧垒”，都在不知不觉中创造了飞行神话。那么，它们为什么不会『迷』失方向？难道心中有一个神奇的坐标吗？

　　　　每当秋风吹起、落叶初飞的时节，在加拿大刚度完夏天的刺歌雀就成群结队飞往阿根廷，行程有4800～8000千米。它们穿山越岭，义无反顾，有的还是刚出生几个月的幼鸟从未到过阿根廷，却不会因此而在长途飞行中『迷』路。生活在我国的富饶美丽的西沙群岛的鲣鸟，白天飞向大海捕鱼，傍晚回到岛上栖居，从不误时也从不『迷』路。有一种身长约35厘米的极燕鸥，在北极营巢却要到南极越冬，每年往返飞行达4万千米……

　　　　当然，不光鸟类有长途迁徙的本领，北美的君王蝶也能够创造这种奇迹。数以百万计的君王蝶每年跋涉3200千米，从繁殖场所美国和加拿大迁飞到墨西哥中部去生活。

　　　　生物的迁飞现象令科学家着『迷』。起初，学者对候鸟的导航本领提出了种种假说，可是都缺少充分的实验依据，无法让大家信服。后来，科学家用雷达观察发现，在夜里飞行的候鸟比在白天飞行的要多得多。那么，夜里比白天是不是更容易识别方向呢？因此，科学家推测鸟儿在白天飞行可能靠太阳认路，晚上可能靠星星认路。为了证明这种猜想，科学家对北极的白喉莺进行了实验。这种鸟每年秋天从巴尔干半岛向东南飞，越过地中海，到达非洲，再沿着尼罗河向南飞，到这条河的上游去过冬。它主要在夜间飞行。科学家把白喉莺装在笼子里，带进了天象馆里，那里有人造的星空。当天象馆的圆顶上映现出北极秋季夜空的时候，站在笼子里的白喉莺便把头转向东南，就是在秋季飞行的那个方向。然后，人造星空根据白喉莺飞行的方向逐渐改变位置，白喉莺随着星象的变化，使自己始终朝着它所要飞行的方向，仿佛正在作一番长途的秋季旅行。当科学家把“天空”向水平方向旋转了180°时，斗转星移，白喉鸟还是向着相反的方向飞去。实验证明，白喉莺能根据它看到的天空里的星星来识别方向，找准自己的航向，科学家称“天文导航”。

　　　　英国自然博物学家洛克利在威尔士西部的斯科霍姆小岛上，建立了英国候鸟标记站，每年有几千只海鸟被套上腿环。洛克利通过观察发现，斯科霍姆岛上的几千只做了标记的小海鸥，有的遭遇狂风暴雨的袭击，双翅无力，常常惨死在惊涛骇浪中，有的幸存者仍继续南飞，越过比斯开湾、葡萄牙海岸，横掠过赤道，最后终于到达南美洲的东海岸，每天平均飞行约520千米，几乎没有休息和觅食的时间呀！它们没有亲鸟的指点，独自飞往他乡，夜晚背朝北极星及其周围的星座，向着模糊的南十字星座飞翔。洛克利认为，小海鸥体内有一种从父母那儿继承的感知飞行路途天象的基因，经过千百年的进化，已经固定在它们的体内，依靠脑海里父母遗传下来的天象图来导航飞行。原来，太阳和星星已经成了它们脑海中“永不『迷』失的坐标”。

　　　　近年来，人们广泛应用遥测技术来研究生物的迁徙和定向，以精确查明它们的飞行路线。人类通过对生物利用太阳或星星作为定向标来导航飞行的研究，从中得到启示设计制造了一种由光敏元件、电子计算机和『操』纵机构组成的导航仪，它就像“眼睛”一样能够一直瞄准太阳和星星，为飞机或轮船等安全导航。

　　　　【小档案】

　　　　海洋生物也有特殊的导航本领。鱼类和海龟迁徙的准确『性』也不逊『色』。一种鳗鱼从内河游入波罗的海、横过北海和大西洋，而后便准确地到达百慕大和巴哈马群岛附近产卵。生活在巴西沿海的绿『色』海龟，每年3月便成群结队地游向2200千米之外的产卵地——大西洋中长仅几千米的阿森甸岛，在岛上产卵。生活在亚洲、欧洲和北美洲的太平洋、大西洋沿海的大马哈鱼，善于逆水游泳，记忆力惊人，突破险阻，一直游到远离海洋达2000千米的江河上游的出生地。海洋中的生物为什么也不会『迷』失方向呢？有的科学家认为，海洋生物也有利用天体来导航的本领，有的科学家则认为，它们嗅觉器官里有“指南针”，能够利用水中的气味来认路，有的认为它们能识别海流，有的认为它们是利用地磁场、重力场等来确定航路……众说纷纭，至今还是一个不解之谜。

第三章　活的晴雨计——生物与气象预报（）　
小问号

　　　　在神奇美妙的大自然里，各种各样的生物在诞生、成长、消亡的过程中无不与气象有着千丝万缕的联系。生物的生命离不开气象，它们的一呼一吸、一静一动、一喜一忧，都与大自然中的一阴一晴、一冷一暖、一雨一雪有着一段解不开的情结。人类在几千年前就学会通过生物在不同的天气、气候条件下所表现出来的不同征兆来预测未来天气的变化走势。因此，我们亲切地称生物是“活的晴雨计”。那么，生物与气象到底有什么微妙的关系？人类是怎样利用生物来预报天气变化的？

　　　　生物在漫长的进化中对天气的冷暖变化非常敏感，虽然它们不言不语，可是早已铭记于心。人类在长期的生产生活实践中，才慢慢『摸』『摸』索到生物应对天气变化所产生的规律，进一步掌握了“老天爷”的脾气，为更加合理地安排生产、生活、出行、娱乐等提供了参考和指导。

　　　　一是草木传情。在花红柳绿植物世界，它们的一枝一叶在季节的冷暖变化中都会有所反应，传达自己的情感变化。芦苇是一种普普通通的植物，在湖『荡』地区很常见，个子高高的，夏天长得茂盛，构筑了神秘的青纱帐，秋天顶着一头芦花，白茫茫一片，浪漫无比。谁也不会想到，芦苇也是一名义务“气象员”：如果火热的夏天发现芦苇从心尖开始往下枯萎发黄、枯死，那就预示着未来几天将会有一场大雨；如果发现芦苇的背面出现一些黑『色』或白『色』的小虫子，也表示不久将会有阴雨天的光临呢。瞧，多奇妙！

　　　　二是动物表意。在长期的进化中，动物对自然界的阴晴变化非常敏感，在天气反常时往往会率先以自己特殊的方式表达心中的意思。蜜蜂采蜜时，出去早、回来迟，第二天是晴天；迟迟不离巢，或离巢晚，早归巢，不久将有阴雨；带着细雨去采蜜，天将转晴。蜘蛛张网，是天晴的象征，吐丝下挂又是阴雨的兆头。蜻蜓低飞疾捕沾湿翅膀的飞虫，蚂蚁排队忙着把粮草搬进地势高的新家，泥鳅在水里不安地钻进钻出，焦躁地游上游下，有时甚至将长“胡子”的脑袋伸出水面，这些都预示着一场大雨即将来临。青蛙对天气的变化更敏感，会作出一系列的反应：当天气晴朗时，它喜欢跳到芦苇和荷叶上；当天要下雨时，它会潜伏在水底，或者钻到植物下面来躲避风雨的袭击；假如夜间蛙鸣的声音特别清脆响亮，那么第二天一定是晴天；假如青蛙先鸣叫一阵，而后就沉默了，预示天气将要转凉。因此，有经验的农民只要仔细观察青蛙的一举一动，再听听它的叫声，就知道天气会发生什么样的变化了。

　　　　四是禽畜有知。狗、猪、鸡等动物经过人类几千年、几万年的驯养，虽然在慢慢地移情改『性』，但是它们身上总有一根神经始终保持对天气变化的感应，在天气预报上显得比人类更有预见『性』、知识『性』。狗如果不停地用前爪来刨泥掘塘，而且坑口刨得越大越深，表示不久将有一场下得很大的雨；如果晴朗天气忽然喜欢不停地咀嚼青草，说明天要变阴了，或者要有一场小雨。圈里的猪如果『乱』蹦『乱』跳，焦躁不安的东拱西拱，说明天要刮大风；如果母猪没有怀胎，出现吃食少、不爱动，喜欢反衔着草，把嘴巴钻进草里，这又是冷空气要来临的征兆。

　　　　……

　　　　生物是人类认识大自然的“活的晴雨计”，从一些科学谚语中也可见一斑。如：“枣发芽，种棉花”；“雁飞过，赶快播”；“蜻蜓飞得低，出门带蓑衣”；“蚂蟥上下翻，大雨纵横流”；“早莺叫晴，暮莺叫雨”；“乌龟背冒汗，出门带雨伞”；“甲鱼晒影，天气转阴”；“鸡宿迟，雨淋淋”；“牛群暴躁，风雨来到”……这样的谚语千千万万，生动形象，浅显易懂，是人类智慧的结晶，也是人类向生物学习预知天气的“百宝箱”。

　　　　【小档案】

　　　　气象是大气的状态、变化和现象，如：冷、热、风、云、雾、雨、雪、霜、『露』、冰雹、雷电等。天气预报是对某地区未来一段时间内天气变化的预报。气象台收集广大地区气象情报，加以分析，发出对未来天气的预报，或者分析本地天气的演变，结合群众看天气经验，预报天气。早在2000多年前，我国古代人民就在生产实践中科学地总结出24节气和72候，反映了地球上的四季变化、天气冷暖、降水形态、物候征兆等自然现象。南朝的《荆楚岁时记》开始记载梅花、终楝花，有24番花信风之说。后来，又总结出“一九二九不出手、三九四九冰上走……”这样的物象测天的“九九歌”。元朝末年，娄元礼写出了一本《田农五行》，是一本古代天气谚语集，用鸟、鱼、虫、兽、花、草、树林等来预测天气，其中一些谚语至今还在广泛流传，指导人们科学生活。

第四章　寻找矿石的家——生物与探矿（）　
小问号

　　　　在日常生活中，我们会经常听到铁矿、铜矿、金矿、银矿、石墨、大理石等说法，其实这都是一些矿种名称。当今世界上已发现的独立矿种达200种，如果从大的方面讲，所谓的矿藏应该包括金属矿产、非金属矿产、能源和水资源等4大类。地球上一切矿产的形成和分布都有它自身的内在规律，既不是处处都有矿，更不是任何人随时随地都可以找到矿。矿产只生存在它自己的“家”里，即“矿藏”。寻找、勘探和开采金属矿产，是人类一项持之以恒的事业。生物与地下矿产有着密切联系，人类正是运用这一特点来有序寻找矿藏的。那么，生物与矿产之间有什么微妙联系？人类是怎样扣开矿石之家的大门的？

　　　　在广袤的地球上，许多生物与身边的矿物质有着千丝万缕的联系。为了寻找矿藏，科学家想出了各种各样的方法，从自然界最低等的微生物到高等的动植物，都曾利用它们在找矿的行动中大显身手。

　　　　骆驼身材高大，背有肉峰，蹄底有肉质的厚垫，能负重物在沙漠中远行。在恶劣的环境下穿越沙漠驮人载货，骆驼是唯一的工具。骆驼耐酷热、耐寒冷、耐干旱、耐饥饿，沙漠上生长的粗糙植物都能充饥。长期以来，人们只注意骆驼的运输能力，却忽视了它在运输中行走的线路始终是弯弯曲曲的（详见本书《揭开忍饥耐渴之谜——骆驼与耐渴蛋白质》），以减轻背上物体的重量，降低体能消耗，适应在沙漠上长途跋涉这一奇特现象。科学家们发现骆驼走曲线不走直线这一特『性』后，用它来探矿：先让骆驼进行初步探测，然后再作重力探矿，既提高了探矿速度，又能收到良好的效果，能更加快捷地开采和利用矿物资源。

　　　　白蚁是一种有害昆虫。可是在非洲南部博茨瓦纳共和国却用它来寻找金刚石这种珍贵宝石。白蚁在地下掘土作『穴』，深度可达49～60米，堪称挖洞能手。白蚁将土堆在地面成为蚁丘或蚁冢，可高达2米以上，直径则有3米左右，宛如巨大的坟包。有一次，一场暴雨把蚁丘冲垮了，人们在蚁丘中意外地发现了金刚石。非洲金刚石巨头比尔斯公司知道这一消息后，立即组织勘探队在非洲南部200平方千米的面积上对许许多多白蚁巢『穴』进行勘察，用120米钻探机对蚁冢进行深部取样，发现在蚁冢下面有丰富的金刚石。不仅如此，科学家还对白蚁身躯进行“体检”，用以寻找矿源。因为白蚁能够分泌一种特殊的蚁酸，啃食金、银等物质也不会被“胀”死。研究发现，生活在金矿区的白蚁体内含金量明显高，而含银量高的白蚁必然也来自银矿区。

　　　　狗是人类驯养的一种动物，它的鼻子有2。2亿个嗅觉感受器，嗅觉极其灵敏，是人鼻的44倍，感觉200万种不同浓度的物质气味。由于狗对铜矿和亚硫酸盐类矿特别敏感，因此，许多铜矿和亚硫酸盐类矿都是在狗的帮助下找到的。

　　　　在餐风『露』宿的野外探矿活动中，地质学家不但能利用蜜蜂、骆驼、驴子、鸭、鹅等动物找到铅矿、铁矿和金矿等，还让植物在找矿中发挥了意想不到的作用。

　　　　植物的新陈代谢和生长发育过程中，特别需要某种矿物，它们常常会形成发达的根系而深深地扎入地下，去寻找这些矿物元素。埋藏的矿物，在漫长的地质年代里，部分化学元素渐渐变成能吸收的离子状态，有些植物在吸收金属离子后，改变了细胞『液』的酸碱度，导致植物正常花『色』的改变，从而对寻找矿藏起到指导作用。科学家一旦发现某种树叶有异常，就会对它的成分进行分析，从而探索地下矿藏的奥秘。有一种在正常情况下开红『色』花朵的野玫瑰，在吸收大量铜离子后开出了蔚蓝『色』的花，在它指引下能找到铜矿。三『色』荲的『色』彩如果变得特别鲜艳，地下可能含锌，有人在美丽的七瓣莲指引下找到锡矿，根据一种开浅红『色』的紫英发现了铀矿，有蓝『色』花瓣的羽扁豆生长旺盛的地方，可能有锰矿。光秃秃寸草不长的地方，可能有硼矿。含铁和钼过量的土壤，树木发育不良。美国人利用遥感技术观察时发现有一片地域的桧树会发光，轻易地找到了高浓度钼的存在。科学家还发现，蕨类植物问荆、鸡脚蘑、凤眼兰生长的地方往往藏有黄金。近年来，在我国湖南省会同县漠滨金矿处，发现了大量野薤子，正应对了古书上“山上有薤，地下有金”的记载。

　　　　加拿大人利用植物在沙漠、海洋中溢散出来的“浮质”，在空气中收集它，然后用测谱仪测定其金属含量，能找到汞、铜、银、铅、锌、镍等矿产。

　　　　有些植物的生长姿态有指示意义，例如，蒿在一般土壤中长得相当高大，但由于土壤中含硼量的变化，而成为“矮老头”。