電路的動物

『壹』 是誰發明了電源

當今，干電池、蓄電池、發電機、太陽能電池等形式多樣的電源為人類提供所需的穩定持續的電流。然而，世界上第一個使人類獲得穩定持續電流的是偉大的義大利物理學家、發明家伏特（1745-1827）。 伏特，又譯為伏特，24歲時發表了靜電學著作《論電的吸引》，引起了科學界的注意。29歲成為物理學教授，在電學等方面做出了許多重要的貢獻。1791年被聘請為英國皇家學會國外會員，三年後還授予他科普利獎章，後來還被選為巴黎科學院的國外院士。 伏特所處的時代，人們只停留在靜電現象的研究。1780年，義大利物理學家伽伐尼發現了「動物電」現象，在此啟發下，伏特於1792年開始研究「動物電」及相關效應。他通過大量實驗，否定了「動物電」是動物固有的說法，認為產生於兩類導體（兩種金屬和液體）所組成的電路中，不同種類的金屬接觸時彼此都起電（叫接觸電），這就是著名的電的接觸學說。他以不同的金屬聯成環接觸青蛙腿及其背，從而成功地使活的青蛙痙攣。這就證實了「動物電」產生於兩種不同金屬的接觸。由實驗他還觀察到電不僅產生顫動，還影響視覺和味覺神經。為了取得較強的效應，伏特把若干種導體聯接起來進行了長期實驗，終於在1799年研製成第一個長時間的持續的電流源——伏特電堆。接著又發明了伏特電池。伏特電池是19世紀初具有劃時代意義的最偉大的發明。這一發明在此後的相當長的時間內成為人們獲得穩定的持續電流的唯一手段。由此開拓了電學研究的新領域，使電學從靜電現象的研究進入到動電現象的研究，導致了電化學、電磁聯系等一系列重大發現。正是依靠足夠強的持續電流，1820年丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，這又導致了1831年英國物理學家法拉第發現了電磁感應現象等等，使電磁學發展走上了突飛猛進的道路。人們為了紀念這位最先為人類提供穩定電流的科學家伏特，將電動勢和電位差的單位以他的姓氏命名為「伏特」（VOLT），簡稱「伏」。

『貳』 每個動物本身就構成一個電路系統，這句話對還是錯

真的是對的！

『叄』 動物如何傳遞信息

動物之間傳遞信息的方式有三種：物理信息、化學信息和行為信息。

例如蝙蝠的回聲定位屬於物理信息，動物通過分泌性外激素、標記激素等屬於化學信息。有些動物常常以特殊的信息素來達到引誘異性、追蹤目標、鑒別敵友、發出警報、標明地點、集合或分散群體等目的。蜜蜂跳舞、孔雀開屏、烏賊噴墨、豪豬豎刺、雄鳥震動翅膀向雌鳥發出信號等行為屬於行為信息。

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注意事項：

動物的信息傳播行為是一種先天的本能行為，其能力更多地取決於體內的信息功能和遺傳基因，而不是後天的系統學習。

動物傳遞和接收信息的過程是基於條件反射原理的過程，而不伴隨復雜的精神和思維活動，動物傳播只是對自然界的一種被動的適應，而不能成為對自然界和自身進行能動的、創造性改造的因素。

『肆』 用來傳遞信息的動物有哪些

海豚是靠聲波傳遞信息,
動物的通訊行為
任何生物都不是孤立地生活在自然界中，它們總 是組成一個小的生活群體，盡管有一些喜歡獨來獨往，但至少它們在交配時需要與異性接觸在接觸過程中，它們的鳴叫，彼此間互相的觸摸，甚至一些化學物質的釋放，使得它們聲息相通，行動一致，無論是在捕食活動中，還是在對配偶的爭奪上都井然有序。這些都是與動物之間存在的通訊行為分不開的。
所謂通訊，就是指個體通過釋放一種或是幾種刺激性信號，引起接受個體產生行為反應。信號本身並無意義，但它能被快速識別，更重要的是它代表著一系列復雜的生物屬性，如性別、年齡、大小、敵對性或友好性等等。
視覺通訊
在動物園里常會看見遊客向孔雀園中的雄孔雀鼓掌拍手，孔雀聽到掌聲，會為遊客表演孔雀開屏。然而，孔雀向人們豎起美麗的羽毛，可能是在向雌孔雀示愛，或者是在向同種雄孔雀示威，也許是在向人們發出警告。它那五顏六色的羽毛其實就是它展示自己，嚇唬敵人的武器。孔雀是在通過展示尾羽傳播某種視覺信息，可惜，在場的遊客卻錯誤地接受並傳遞了另一種含義的信息。
視覺通訊的形式是比較廣泛的，雄性馴鹿頭上碩大的犄角，草原上雄性獅子頸部漂亮的長鬃毛，這些動物的外表特徵都是向雌性同類發出的視覺信號。青蛙在草叢中呈現碧綠的體色，而潮一、的保護色往往是通過散布錯誤的視覺信息來迷惑天敵或獵物的。
視覺通訊的形式還包括動物的肢體語言。擬態使得落葉蝶化作一片枯葉，欺騙了鳥類的雙眼。獵狗面對對手時，頭部前伸、前肢前趴、身體下伏、後肢蹬地、露出牙齒、兩耳豎起以示對對方的威嚇。而在主人面前，獵狗便會俯首貼耳、搖動尾巴，一副順從的模樣。雄蜂源在向雌蜂蝶求愛時，會表現出一個相當復雜的儀式：將最漂亮的體色顯現出來，向著雌妹飯的方向用尾巴撥動水流，並且水中帶著雄峰燃身上一種特殊的氣味。雌蛾螺便同時獲得了視覺、嗅覺和觸覺三方面的刺激。視覺通訊對於人類來講也是最為簡單和直接的聯系方式。無論是楊貴妃的回眸一笑，還是張翼德的吹鬍子瞪眼，戀人之間含情脈脈的對視以及反目成仇的怒視……所有這些都體現了視覺通訊的作用。
視覺通訊在動物界是十分普遍的一種通訊方式，具有簡單、准確、迅速等優點。但是這種通訊方式也有很多的局限性。在自然界僅僅以視覺通訊作為主要通訊手段的動物是很少的，它們往往以視覺通訊方式和其他通訊方式共同使用，發送或獲取准確的信息。
聽覺通訊
鳥類為吸引異性排斥同性，宣告領地佔有的歌聲以及警告捕食者來到的尖叫聲都是聽覺通訊。法 德、的住物學家記錄下烏鴉的種種叫聲集」。他們開著放音車在村子周圍移動，通過播放其中一種烏鴉的叫聲，終於解決了該村長期困擾村民的烏鴉問題。這其中就巧妙的運用了聽覺通訊的原理。
由於動物的發音機制不同，產生的種種奇妙的聲音也大相徑庭。哺乳動物依靠喉管，鳥類依靠鳴管，昆蟲往往依靠翅膀的振動，而青蛙卻依賴於聲囊發聲。因為聲波可以繞過障礙物傳播，發聲的頻率多樣組合又為各種信息的傳遞奠定了基礎。同樣的發聲器官只要做出略微的調整就能產生一系列的聲音，具有很強的靈活性，所以聲音的傳播不受白天黑夜的限制。然而，聲音的傳播又具有瞬間性，稍縱即逝。
當然，在動物世界裡有一些動物是依靠超聲波來進行通訊與捕食的，如人們熟悉的編幅和海豚，就是利用超聲波通訊的。
化學通訊
俗語有「鼠目寸光」的說法。這是由於老鼠的視覺能力很低，只能達到12厘米的距離。而老鼠的聽覺也僅70千赫左右，一張報紙就足以阻礙聽覺信號的接收。老鼠的活動環境十分復雜，很容易阻礙它那本來就不出色的視力月D么老鼠是通過什麼來進行交流呢？這就是另外一種通訊方式：化學通訊。
化學通訊就是動物通過釋放一些化學物質來影響或控制其他動物的行為。化學通訊有時會影響整個動物群體的活動甚至調節整個種群。這些化學物質稱為外激素。有文獻報道，外激素可能是最為原始的通訊信號，在藍藻、細菌和其他原核生物之間是惟一的通訊方式。動物釋放化學物質，不僅影響其他個體的行為，還能影響到生理。如蜂後會分泌一種稱為「蜂王漿」物質的化合物，能抑制工蜂卵巢的發育。另外，化學通訊還是維持群體秩序的重要手段。在螞蟻群中，蟻後不能養活自己，但它可以分泌一種外激素，來引誘工蟻，使工蟻積極喂養蟻後。螞蟻的卵和幼蟲也能分泌一種物質。螞蟻幼蟲的生活需要一定的條件，當濕度變小，它們便停止分泌外激素，而工蟻會很快的將其轉移到潮濕的地方，這樣幼蟲便能重新分泌對工蟻來說堪稱「美味佳餚」的化學物質了。
談到化學通訊，似乎我們應該為狗隨地小便的不文明行為進行一下辯解。其實這並非狗的不文明表現，而是它在行使自己的化學通訊手段。狗往往並不是由於膀眈充盈而到處排泄，實際上它只是在向別的同類宣布：這里已經是我的地盤了。這是一種依靠化學物質搶佔領地的做法，當一條狗三條腿著地，一條後腿提起對著馬路上的消防龍頭排尿時，說明它已經用尿液的氣味將消防龍頭劃為己有了。而狗真正的排尿姿勢是四肢平鋪蹲在地上的。
觸覺通訊
觸覺通訊也是一種相當普遍的通訊方式。對於視覺能力有限或者生活在無法利用視覺通訊環境中的動物來說，觸覺通訊往往是一種重要的傳遞信息的方式。
某些生活在深海區域中的魚類，由於光線很弱，視力退化了，但它們往往具有非常發達的鰭刺和觸須，上面布滿了敏感的神經，在水中游動時，它們可以感知水流的變化，尋覓與捕捉獵物和接收性信號。
觸覺通訊也可以通過其他物體作為媒介，以振動或者波動的形式來傳播信息。雄蜘蛛想要進行交配必須到網上尋找對象，上網前雄蜘蛛會做出一種類似「撥弦」的動作，撥動網絲發出一定的振動，據此雌蜘蛛可以判斷出是獵物，還是求愛對象。
不僅低等動物依靠觸覺作為通訊方式，在高等動物中觸覺通訊也相當普遍與重要。在猴子的社會群體中，猴兒們常會彼此相互梳理毛發，這其中既有母猴出於對幼猴的憐愛，又有出於對猴王的奉承，當然還有猴王囂張的戲弄。這里值得我們注意的是，如果將剛剛出生的小猴從它的母親身邊抱走，由專門的機器人來撫養，那麼即便身體健康，它的反應能力和智力與正常的小猴相比，也顯得比較低下。如果人們經常撫摸或者抱抱它，情況則會有很大的改觀。從這里不難看出，幼年時，對小猴的經常撫摸、摟抱，可以使它的反應提高，更具有生氣。對於人類來說，父母們在孩子幼年時多給一些愛撫，比起成天以嬰兒車和玩具熊來應付孩子，更有益於孩子的生長發育。
電通訊
在發現美洲大陸後，許多冒險家都前往那裡尋找他們夢寐以求的黃金。有一個西班牙探險隊伍，在當地印第安人帶領下，進人了亞馬孫河上游的一個低窪地，這裡布滿了大大小小的水塘。印第安人止步了，白人不理解，這里不可能有食人魚，當然也不可能有鱷魚和大蟒蛇。一個白人挺身而出，要給印第安人作榜樣，可是沒走多遠，就大叫一聲，直挺挺地仰面倒下，幾個同伴上前去救他，也跌倒在水塘里。過了好一會兒，其餘的同伴才將他們救出來。幾個小時後，這些人才從僵直的狀態下恢復。
到底是什麼襲擊了他們？原來在熱帶混濁的水塘中，生活著依靠體表放電來進行彼此交流和捕食的特殊魚類——電鰻。那幾個探險家就是被水塘中電鰻施放的電流所擊倒的。它們施放出的電壓往往可以達到600伏特。自然界中不僅有電鰻、電路利用身體發電器官產生很強的電流獵取食物，深水中的鯰魚、鱷魚也可以依靠體表電感器進行個體之間的信息交流。
動物的通訊行為是通過自然選擇演化而來的，每一類通訊行為往往有著特殊的功能與進化過程。這一過程歷經了許多艱辛，在不同的環境下，因物制宜，形成了適應自己的交流方式。
可以說通訊方式、環境以及某些器官之間是一個相互影響、共同促進的關聯網，相互作用下，使得彼此達到協調的狀態。往往越是高等的動物，越具有較多的通訊方式，這樣就可以在環境發生劇烈變化時，仍可以交流信息，與同伴共同渡過難關。而那些依靠單一通訊行為進行交流的生物，此時則會與外界完全失去聯系，等待它們的只有死亡。
通訊行為不僅是發生在個體之間或群體之間的事，細胞之間也具有相互通訊的方式，化學通訊與觸覺通訊可能是其中最主要的兩種。在細胞的不斷分裂過程中，當彼此相互接觸時，正常的細胞將會停止分裂，即所謂的接觸抑制，這其中好像完成了某種信息的傳達。癌細胞似乎不受這種通訊的影響，仍然不斷地瘋長，對於它的控制及其通訊行為有待深入研究。當然，細胞之間的通訊行為屬於細胞社會學研究的范疇，這正是當前細胞生物學領域的研究熱點。

『伍』 小動物是怎麼聯絡的

1、編幅和海豚利用超聲波來進行通訊與捕食的。

2、鳥類通過叫聲來聯絡。鳥類為吸引異性排斥同性，宣告領地佔有的歌聲以及警告捕食者來到的尖叫聲都是聽覺通訊。

3、蜘蛛通過振動的形式來傳播信息。雄蜘蛛想要進行交配必須到網上尋找對象，上網前雄蜘蛛會做出一種類似「撥弦」的動作，撥動網絲發出一定的振動，據此雌蜘蛛可以判斷出是獵物，還是求愛對象。

4、電鰻依靠體表放電來進行彼此交流和捕食。它們施放出的電壓往往可以達到600伏特。自然界中不僅有電鰻、電路利用身體發電器官產生很強的電流獵取食物，深水中的鯰魚、鱷魚也可以依靠體表電感器進行個體之間的信息交流。

5、狗通過自己的尿液來傳遞消息。狗往往並不是由於膀眈充盈而到處排泄，實際上它只是在向別的同類宣布：這里已經是我的地盤了。這是一種依靠化學物質搶佔領地的做法。

6、螞蟻以身體接觸來傳訊，例如輕拍、輕撫。有時以前腳輕摸同伴的上唇，同伴就會吐出流質食物供應。

螞蟻也能以聲音傳訊，不過是從腹部表面的發聲板發出的摩擦聲，頻率很高，我們的耳朵聽不見。螞蟻也不「聽」，它們是以腳上的偵測器接收聲波引起的土壤震動。蟻巢崩塌後，深陷地底的螞蟻就會「尖叫」，讓同伴來救援。

螞蟻主要以化學信號通訊。它們全身有許多腺體，分泌費洛蒙——費洛蒙就是通訊的體外荷爾蒙。例如找到食物的工蟻，回巢時一路上腹部末端會分泌費洛蒙，好引導同類。

『陸』 能產生電的動物有哪些

蒼蠅，是細菌的傳播者，誰都討厭它。可是蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）是「天然導航儀」，人們模仿它製成了「振動陀螺儀」。這種儀器目前已經應用在火箭和高速飛機上，實現了自動駕駛。蒼蠅的眼睛是一種「復眼」，由30O0多隻小眼組成，人們模仿它製成了「蠅眼透鏡」。「蠅眼透鏡」是用幾百或者幾千塊小透鏡整齊排列組合而成的，用它作鏡頭可以製成「蠅眼照相機」，一次就能照出千百張相同的相片。這種照相機已經用於印刷製版和大量復制電子計算機的微小電路，大大提高了工效和質量。「蠅眼透鏡」是一種新型光學元件，它的用途很多。

【人類仿生由來已久】

自古以來，自然界就是人類各種技術思想、工程原理及重大發明的源泉。種類繁多的生物界經過長期的進化過程，使它們能適應環境的變化，從而得到生存和發展。勞動創造了人類。人類以自己直立的身軀、能勞動的雙手、交流情感和思想的語言，在長期的生產實踐中，促進了神經系統尤其是大腦獲得了高度發展。因此，人類無與倫比的能力和智慧遠遠超過生物界的所有類群。人類通過勞動運用聰明的才智和靈巧的雙手製造工具，從而在自然界里獲得更大自由。人類的智慧不僅僅停留在觀察和認識生物界上，而且還運用人類所獨有的思維和設計能力模仿生物，通過創造性的勞動增加自己的本領。魚兒在水中有自由來去的本領，人們就模仿魚類的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時期，我國古代勞動人民觀察魚在水中用尾巴的搖擺而游動、轉彎，他們就在船尾上架置木槳。通過反復的觀察、模仿和實踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動力，掌握了使船轉彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船隻航行自如。

鳥兒展翅可在空中自由飛翔。據《韓非子》記載魯班用竹木作鳥「成而飛之，三日不下」。然而人們更希望仿製鳥兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，義大利人利奧那多·達·芬奇和他的助手對鳥類進行仔細的解剖，研究鳥的身體結構並認真觀察鳥類的飛行。設計和製造了一架撲翼機，這是世界上第一架人造飛行器。

以上這些模仿生物構造和功能的發明與嘗試，可以認為是人類仿生的先驅，也是仿生學的萌芽。

生物在漫長的年代裡就是生活在被聲音包圍的自然界中，它們利用聲音尋食，逃避敵害和求偶繁殖。因此，聲音是生物賴以生存的一種重要信息。義大利人斯帕蘭贊尼很早以前就發現蝙蝠能在完全黑暗中任意飛行，既能躲避障礙物也能捕食在飛行中的昆蟲，但是堵塞蝙蝠的雙耳後，它們在黑暗中就寸步難行了。面對這些事實，帕蘭贊尼提出了一個使人們難以接受的結論：蝙蝠能用耳朵「看東西」。第一次世界大戰結束後，1920年哈台認為蝙蝠發出聲音信號的頻率超出人耳的聽覺范圍。並提出蝙蝠對目標的定位方法與第一次世界大戰時郎之萬發明的用超聲波回波定位的方法相同。遺憾的是，哈台的提示並未引起人們的重視，而工程師們對於蝙蝠具有「回聲定位」的技術是難以相信的。直到1983年採用了電子測量器，才完完全全證實蝙蝠就是以發出超聲波來定位的。但是這對於早期雷達和聲納的發明已經不能有所幫助了。

另一個事例是人們對於昆蟲行為為時過晚的研究。在利奧那多·達·芬奇研究鳥類飛行造出第一個飛行器400年之後，人們經過長期反復的實踐，終於在1903年發明了飛機，使人類實現了飛上天空的夢想。由於不斷改進，30年後人們的飛機不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類，顯示了人類的智慧和才能。但是在繼續研製飛行更快更高的飛機時，設計師又碰到了一個難題，就是氣體動力學中的顫振現象。當飛機飛行時，機翼發生有害的振動，飛行越快，機翼的顫振越強烈，甚至使機翼折斷，造成飛機墜落，許多試飛的飛行員因而喪生。飛機設計師們為此花費了巨大的精力研究消除有害的顫振現象，經過長時間的努力才找到解決這一難題的方法。就在機翼前緣的遠端上安放一個加重裝置，這樣就把有害的振動消除了。可是，昆蟲早在三億年以前就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經過長期的進化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法。生物學家在研究蜻蜓翅膀時，發現在每個翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質加厚區——翼眼或稱翅痣。如果把翼眼去掉，飛行就變得盪來盪去。實驗證明正是翼眼的角質組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設計師高超的發明何等相似。假如設計師們先向昆蟲學習翼眼的功用，獲得有益於解決顫振的設計思想，就可似避免長期的探索和人員的犧牲了。面對蜻蜓翅膀的翼眼，飛機設計師大有相見恨晚之感！

以上這三個事例發人深省，也使人們受到了很大啟發。早在地球上出現人類之前，各種生物已在大自然中生活了億萬年，在它們為生存而斗爭的長期進化中，獲得了與大自然相適應的能力。生物學的研究可以說明，生物在進化過程中形成的極其精確和完善的機制，使它們具備了適應內外環境變化的能力。生物界具有許多卓有成效的本領。如體內的生物合成、能量轉換、信息的接受和傳遞、對外界的識別、導航、定向計算和綜合等，顯示出許多機器所不可比擬的優越之處。生物的小巧、靈敏、快速、高效、可靠和抗干擾性實在令人驚嘆不已。

【連接生物與技術的橋梁】

自從瓦特（James Watt，1736～1819）在1782年發明蒸汽機以後，人們在生產斗爭中獲得了強大的動力。在工業技術方面基本上解決了能量的轉換、控制和利用等問題，從而引起了第一次工業革命，各式各樣的機器如雨後春筍般的出現，工業技術的發展極大地擴大和增強了人的體能，使人們從繁重的體力勞動解脫出來。隨著技術的發展，人們在蒸汽機以後又經歷了電氣時代並向自動化時代邁進。

20世紀40年代電子計算機的問世，更是給人類科學技術的寶庫增添了可貴的財富，它以可靠和高效的本領處理著人們手頭上數以萬計的各種信息，使人們從汪洋大海般的數字、信息中解放出來，使用計算機和自動裝置可以使人們在繁雜的生產工序面前變得輕松省力，它們准確地調整、控制著生產程序，使產品規格精確。但是，自動控制裝置是按人們制定的固定程序進行工作的，這就使它的控制能力具有很大的局限性。自動裝置對外界缺乏分析和進行靈活反應的能力，如果發生任何意外的情況，自動裝置就要停止工作，甚至發生意外事故，這就是自動裝置本身所具有的嚴重缺點。要克服這種缺點，無非是使機器各部件之間，機器與環境之間能夠「通訊」，也就是使自動控制裝置具有適應內外環境變化的能力。要解決這一難題，在工程技術中就要解決如何接受、轉換。利用和控制信息的問題。因此，信息的利用和控制就成為工業技術發展的一個主要矛盾。如何解決這個矛盾呢？生物界給人類提供了有益的啟示。

人類要從生物系統中獲得啟示，首先需要研究生物和技術裝置是否存在著共同的特性。1940年出現的調節理論，將生物與機器在一般意義上進行對比。到1944年，一些科學家已經明確了機器和生物體內的通訊、自動控制與統計力學等一系列的問題上都是一致的。在這樣的認識基礎上，1947年，一個新的學科——控制論產生了。

控制論（Cybernetics)是從希臘文而來，原意是「掌舵人」。按照控制論的創始人之一維納（Norbef Wiener,1894～1964)給予控制論的定義是「關於在動物和機器中控制和通訊」的科學。雖然這個定義過於簡單，僅僅是維納關於控制論經典著作的副題，但它直截了當地把人們對生物和機器的認識聯系在了一起。

控制論的基本觀點認為，動物（尤其是人）與機器（包括各種通訊、控制、計算的自動化裝置）之間有一定的共體，也就是在它們具備的控制系統內有某些共同的規律。根據控制論研究表明，各種控制系統的控制過程都包含有信息的傳遞、變換與加工過程。控制系統工作的正常，取決於信息運 行過程的正常。所謂控制系統是指由被控制的對象及各種控制元件、部件、線路有機地結合成有一定控制功能的整體。從信息的觀點來看，控制系統就是一部信息通道的網路或體系。機器與生物體內的控制系統有許多共同之處，於是人們對生物自動系統產生了極大的興趣，並且採用物理學的、數學的甚至是技術的模型對生物系統開展進一步的研究。因此，控制理論成為聯系生物學與工程技術的理論基礎。成為溝通生物系統與技術系統的橋梁。

生物體和機器之間確實有很明顯的相似之處，這些相似之處可以表現在對生物體研究的不同水平上。由簡單的單細胞到復雜的器官系統（如神經系統）都存在著各種調節和自動控制的生理過程。我們可以把生物體看成是一種具有特殊能力的機器，和其它機器的不同就在於生物體還有適應外界環境和自我繁殖的能力。也可以把生物體比作一個自動化的工廠，它的各項功能都遵循著力學的定律；它的各種結構協調地進行工作；它們能對一定的信號和刺激作出定量的反應，而且能像自動控制一樣，藉助於專門的反饋聯系組織以自我控制的方式進行自我調節。例如我們身體內恆定的體溫、正常的血壓、正常的血糖濃度等都是肌體內復雜的自控制系統進行調節的結果。控制論的產生和發展，為生物系統與技術系統的連接架起了橋梁，使許多工程人員自覺地向生物系統去尋求新的設計思想和原理。於是出現了這樣一個趨勢，工程師為了和生物學家在共同合作的工程技術領域中獲得成果，就主動學習生物科學知識。

【仿生學的誕生】

隨著生產的需要和科學技術的發展，從50年代以來，人們已經認識到生物系統是開辟新技術的主要途徑之一，自覺地把生物界作為各種技術思想、設計原理和創造發明的源泉。人們用化學、物理學、數學以及技術模型對生物系統開展著深入的研究，促進了生物學的極大發展，對生物體內功能機理的研究也取得了迅速的進展。此時模擬生物不再是引人入勝的幻想，而成了可以做到的事實。生物學家和工程師們積極合作，開始將從生物界獲得的知識用來改善舊的或創造新的工程技術設備。生物學開始跨入各行各業技術革新和技術革命的行列，而且首先在自動控制、航空、航海等軍事部門取得了成功。於是生物學和工程技術學科結合在一起，互相滲透孕育出一門新生的科學——仿生學。

仿生學作為一門獨立的學科，於1960年9月正式誕生。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學會議。會議討論的中心議題是「分析生物系統所得到的概念能夠用到人工製造的信息加工系統的設計上去嗎？」斯梯爾為新興的科學命名為「Bionics」，希臘文的意思代表著研究生命系統功能的科學，1963年我國將「Bionics」譯為「仿生學」。斯梯爾把仿生學定義為「模仿生物原理來建造技術系統，或者使人造技術系統具有或類似於生物特徵的科學」。簡言之，仿生學就是模仿生物的科學。確切地說，仿生學是研究生物系統的結構、特質、功能、能量轉換、信息控制等各種優異的特徵，並把它們應用到技術系統，改善已有的技術工程設備，並創造出新的工藝過程、建築構型、自動化裝置等技術系統的綜合性科學。從生物學的角度來說，仿生學屬於「應用生物學」的一個分支；從工程技術方面來看，仿生學根據對生物系統的研究，為設計和建造新的技術設備提供了新原理、新方法和新途徑。仿生學的光榮使命就是為人類提供最可靠、最靈活、最高效、最經濟的接近於生物系統的技術系統，為人類造福。

【仿生學的研究方法與內容】

仿生學是生物學、數學和工程技術學相互滲透而結合成的一門新興的邊緣科學。第一屆仿生學會議為仿生學確定了一個有趣而形象的標志：一個巨大的積分符號，把解剖刀和電烙鐵「積分」在一起。這個符號的含義不僅顯示出仿生學的組成，而且也概括表達了仿生學的研究途徑。

仿生學的任務就是要研究生物系統的優異能力及產生的原理，並把它模式化，然後應用這些原理去設計和製造新的技術設備。

仿生學的主要研究方法就是提出模型，進行模擬。其研究程序大致有以下三個階段：

首先是對生物原型的研究。根據生產實際提出的具體課題，將研究所得的生物資料予以簡化，吸收對技術要求有益的內容，取消與生產技術要求無關的因素，得到一個生物模型；第二階段是將生物模型提供的資料進行數學分析，並使其內在的聯系抽象化，用數學的語言把生物模型「翻譯」成具有一定意義的數學模型；最後數學模型製造出可在工程技術上進行實驗的實物模型。當然在生物的模擬過程中，不僅僅是簡單的仿生，更重要的是在仿生中有創新。經過實踐——認識——再實踐的多次重復，才能使模擬出來的東西越來越符合生產的需要。這樣模擬的結果，使最終建成的機器設備將與生物原型不同，在某些方面甚上超過生物原型的能力。例如今天的飛機在許多方面都超過了鳥類的飛行能力，電子計算機在復雜的計算中要比人的計算能力迅速而可靠。

仿生學的基本研究方法使它在生物學的研究中表現出一個突出的特點，就是整體性。從仿生學的整體來看，它把生物看成是一個能與內外環境進行聯系和控制的復雜系統。它的任務就是研究復雜系統內各部分之間的相互關系以及整個系統的行為和狀態。生物最基本的特徵就是生物的自我更新和自我復制，它們與外界的聯系是密不可分的。生物從環境中獲得物質和能量，才能進行生長和繁殖；生物從環境中接受信息，不斷地調整和綜合，才能適應和進化。長期的進化過程使生物獲得結構和功能的統一，局部與整體的協調與統一。仿生學要研究生物體與外界刺激（輸入信息）之間的定量關系，即著重於數量關系的統一性，才能進行模擬。為達到此目的，採用任何局部的方法都不能獲得滿意的效果。因此，仿生學的研究方法必須著重於整體。

仿生學的研究內容是極其豐富多彩的，因為生物界本身就包含著成千上萬的種類，它們具有各種優異的結構和功能供各行業來研究。自從仿生學問世以來的二十幾年內，仿生學的研究得到迅速的發展，且取得了很大的成果。就其研究范圍可包括電子仿生、機械仿生、建築仿生、化學仿生等。隨著現代工程技術的發展，學科分支繁多，在仿生學中相應地開展對口的技術仿生研究。例如：航海部門對水生動物運動的流體力學的研究；航空部門對鳥類、昆蟲飛行的模擬、動物的定位與導航；工程建築對生物力學的模擬；無線電技術部門對於人神經細胞、感覺器宮和神經網路的模擬；計算機技術對於腦的模擬似及人工智慧的研究等。在第一屆仿生學會議上發表的比較典型的課題有：「人造神經元有什麼特點」、「設計生物計算機中的問題」、「用機器識別圖像」、「學習的機器」等。從中可以看出以電子仿生的研究比較廣泛。仿生學的研究課題多集中在以下三種生物原型的研究，即動物的感覺器官、神經元、神經系統的整體作用。以後在機械仿生和化學仿生方面的研究也隨之開展起來，近些年又出現新的分支，如人體的仿生學、分子仿生學和宇宙仿生學等。

總之，仿生學的研究內容，從模擬微觀世界的分子仿生學到宏觀的宇宙仿生學包括了更為廣泛的內容。而當今的科學技術正是處於一個各種自然科學高度綜合和互相交叉、滲透的新時代，仿生學通過模擬的方法把對生命的研究和實踐結合起來，同時對生物學的發展也起了極大的促進作用。在其它學科的滲透和影響下，使生物科學的研究在方法上發生了根本的轉變；在內容上也從描述和分析的水平向著精確和定量的方向深化。生物科學的發展又是以仿生學為渠道向各種自然科學和技術科學輸送寶貴的資料和豐富的營養，加速科學的發展。閃此，仿生學的科研顯示出無窮的生命力，它的發展和成就將為促進世界整體科學技術的發展做出巨大的貢獻。

【仿生學的研究范圍】

仿生學的研究范圍主要包括：力學仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。

◇力學仿生，是研究並模仿生物體大體結構與精細結構的靜力學性質，以及生物體各組成部分在體內相對運動和生物體在環境中運動的動力學性質。例如，建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築，模仿股骨結構建造的立柱，既消除應力特別集中的區域，又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結構，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速；

◇分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學結構後，合成了一種類似有機化合物，在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄蟲；

◇能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發光、肌肉直接把化學能轉換成機械能等生物體中的能量轉換過程；

◇信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經元與神經網路、以及高級中樞的智能活動等方面生物體中的信息處理過程。例如,根據象鼻蟲視動反應製成的「自相關測速儀」可測定飛機著陸速度。根據鱟復眼視網膜側抑制網路的工作原理，研製成功可增強圖像輪廓、提高反差、從而有助於模糊目標檢測的—些裝置。已建立的神經元模型達100種以上，並在此基礎上構造出新型計算機。

模仿人類學習過程，製造出一種稱為「感知機」的機器，它可以通過訓練，改變元件之間聯系的權重來進行學習，從而能實現模式識別。此外，它還研究與模擬體內穩態，運動控制、動物的定向與導航等生物系統中的控制機制，以及人-機系統的仿生學方面。

某些文獻中，把分子仿生與能量仿生的部分內容稱為化學仿生，而把信息和控制仿生的部分內容稱為神經仿生。

仿生學的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領域。一方面由於自動化向智能控制發展的需要，另一方面是由於生物科學已發展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經科學最大的挑戰。人工智慧和智能機器人研究的仿生學方面——生物模式識別的研究，大腦學習記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協調問題等——是仿生學研究的主攻方面。

控制與信息仿生和生物控制論關系密切。兩者都研究生物系統中的控制和信息過程，都運用生物系統的模型。但前者的目的主要是構造實用人造硬體系統；而生物控制論則從控制論的一般原理，從技術科學的理論出發，為生物行為尋求解釋。

最廣泛地運用類比、模擬和模型方法是仿生學研究方法的突出特點。其目的不在於直接復制每一個細節，而是要理解生物系統的工作原理，以實現特定功能為中心目的。—般認為，在仿生學研究中存在下列三個相關的方面：生物原型、數學模型和硬體模型。前者是基礎，後者是目的，而數學模型則是兩者之間必不可少的橋梁。

由於生物系統的復雜性，搞清某種生物系統的機制需要相當長的研究周期，而且解決實際問題需要多學科長時間的密切協作，這是限制仿生學發展速度的主要原因。

【仿生學的現象】

蒼蠅與宇宙飛船

令人討厭的蒼蠅，與宏偉的航天事業似乎風馬牛不相及，但仿生學卻把它們緊密地聯系起來了。

蒼蠅是聲名狼藉的「逐臭之夫」，凡是腥臭污穢的地方，都有它們的蹤跡。蒼蠅的嗅覺特別靈敏，遠在幾千米外的氣味也能嗅到。但是蒼蠅並沒有「鼻子」，它靠什麼來充當嗅覺的呢? 原來，蒼蠅的「鼻子」——嗅覺感受器分布在頭部的一對觸角上。

每個「鼻子」只有一個「鼻孔」與外界相通，內含上百個嗅覺神經細胞。若有氣味進入「鼻孔」，這些神經立即把氣味刺激轉變成神經電脈沖，送往大腦。大腦根據不同氣味物質所產生的神經電脈沖的不同，就可區別出不同氣味的物質。因此，蒼蠅的觸角像是一台靈敏的氣體分析儀。

仿生學家由此得到啟發，根據蒼蠅嗅覺器的結構和功能，仿製成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。這種儀器的「探頭」不是金屬，而是活的蒼蠅。就是把非常纖細的微電極插到蒼蠅的嗅覺神經上，將引導出來的神經電信號經電子線路放大後，送給分析器；分析器一經發現氣味物質的信號，便能發出警報。這種儀器已經被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測艙內氣體的成分。

這種小型氣體分析儀，也可測量潛水艇和礦井裡的有害氣體。利用這種原理，還可用來改進計算機的輸入裝置和有關氣體色層分析儀的結構原理中。

從螢火蟲到人工冷光

自從人類發明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉變成可見光，其餘大部分都以熱能的形式浪費掉了，而且電燈的熱射線有害於人眼。那麼，有沒有隻發光不發熱的光源呢? 人類又把目光投向了大自然。

在自然界中，有許多生物都能發光，如細菌、真菌、蠕蟲、軟體動物、甲殼動物、昆蟲和魚類等，而且這些動物發出的光都不產生熱，所以又被稱為「冷光」。

在眾多的發光動物中，螢火蟲是其中的一類。螢火蟲約有1 500種,它們發出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲發出冷光不僅具有很高的發光效率，而且發出的冷光一般都很柔和，很適合人類的眼睛，光的強度也比較高。因此，生物光是一種人類理想的光。

科學家研究發現，螢火蟲的發光器位於腹部。這個發光器由發光層、透明層和反射層三部分組成。發光層擁有幾千個發光細胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質。在熒光酶的作用下，熒光素在細胞內水分的參與下，與氧化合便發出熒光。螢火蟲的發光，實質上是把化學能轉變成光能的過程。

早在40年代，人們根據對螢火蟲的研究，創造了日光燈，使人類的照明光源發生了很大變化。近年來，科學家先是從螢火蟲的發光器中分離出了純熒光素，後來又分離出了熒光酶，接著，又用化學方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當閃光燈。由於這種光沒有電源，不會產生磁場，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。

現在，人們已能用摻和某些化學物質的方法得到類似生物光的冷光，作為安全照明用。

電魚與伏特電池

自然界中有許多生物都能產生電，僅僅是魚類就有500餘種 。人們將這些能放電的魚，統稱為「電魚」。

各種電魚放電的本領各不相同。放電能力最強的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產生的電壓高達220伏；非洲電鯰能產生350伏的電壓；電鰻能產生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產生高達880伏的電壓，稱得上電擊冠軍,據說它能擊斃像馬那樣的大動物。

電魚放電的奧秘究竟在哪裡?經過對電魚的解剖研究， 終於發現在電魚體內有一種奇特的發電器官。這些發電器是由許多叫電板或電盤的半透明的盤形細胞構成的。由於電魚的種類不同，所以發電器的形狀、位置、電板數都不一樣。電鰻的發電器呈棱形，位於尾部脊椎兩側的肌肉中；電鰩的發電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側，共有200萬塊電板;電鯰的發電器起源於某種腺體，位於皮膚與肌肉之間,約有500萬塊電板。單個電板產生的電壓很微弱，但由於電板很多，產生的電壓就很大了。

電魚這種非凡的本領，引起了人們極大的興趣。19世紀初，義大利物理學家伏特，以電魚發電器官為模型，設計出世界上最早的伏打電池。因為這種電池是根據電魚的天然發電器設計的,所以把它叫做「人造電器官」。對電魚的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚的發電器官，那麼，船舶和潛水艇等的動力問題便能得到很好的解決。

水母的順風耳

「燕子低飛行將雨，蟬鳴雨中天放晴。」生物的行為與天氣的變化有一定關系。沿海漁民都知道，生活在沿岸的魚和水母成批地游向大海，就預示著風暴即將來臨。

水母，又叫海蜇，是一種古老的腔腸動物，早在5億年前,它就漂浮在海洋里了。這種低等動物有預測風暴的本能，每當風暴來臨前，它就游向大海避難去了。

原來，在藍色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產生的次聲波 (頻率為每秒8—13次)，總是風暴來臨的前奏曲。這種次聲波人耳無法聽到，小小的水母卻很敏感。仿生學家發現，水母的耳朵的共振腔里長著一個細柄，柄上有個小球，球內有塊小小的聽石，當風暴前的次聲波沖擊水母耳中的聽石時，聽石就剌激球壁上的神經感受器，於是水母就聽到了正在來臨的風暴的隆隆聲。

仿生學家仿照水母耳朵的結構和功能，設計了水母耳風暴預測儀，相當精確地模擬了水母感受次聲波的器官。把這種儀器安裝在艦船的前甲板上，當接受到風暴的次聲波時，可令旋轉360°的喇叭自行停止旋轉,它所指的方向，就是風暴前進的方向；指示器上的讀數即可告知風暴的強度。這種預測儀能提前15小時對風暴作出預報，對航海和漁業的安全都有重要意義。

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『柒』 動物是如何聯絡的

1、視覺通訊

視覺通訊的形式是比較廣泛的，雄性馴鹿頭上碩大的犄角，草原上雄性獅子頸部漂亮的長鬃毛，這些動物的外表特徵都是向雌性同類發出的視覺信號。視覺通訊的形式還包括動物的肢體語言。視覺通訊在動物界是十分普遍的一種通訊方式，具有簡單、准確、迅速等優點。但是這種通訊方式也有很多的局限性。

2、聽覺通訊

由於動物的發音機制不同，產生的種種奇妙的聲音也大相徑庭。哺乳動物依靠喉管，鳥類依靠鳴管，昆蟲往往依靠翅膀的振動，而青蛙卻依賴於聲囊發聲。然而，聲音的傳播又具有瞬間性，稍縱即逝。

當然，在動物世界裡有一些動物是依靠超聲波來進行通訊與捕食的，如人們熟悉的編幅和海豚，就是利用超聲波通訊的。

3、化學通訊

化學通訊就是動物通過釋放一些化學物質來影響或控制其他動物的行為。化學通訊有時會影響整個動物群體的活動甚至調節整個種群。這些化學物質稱為外激素。動物釋放化學物質，不僅影響其他個體的行為，還能影響到生理。化學通訊還是維持群體秩序的重要手段。

4、觸覺通訊

觸覺通訊也是一種相當普遍的通訊方式。對於視覺能力有限或者生活在無法利用視覺通訊環境中的動物來說，觸覺通訊往往是一種重要的傳遞信息的方式。

觸覺通訊也可以通過其他物體作為媒介，以振動或者波動的形式來傳播信息。不僅低等動物依靠觸覺作為通訊方式，在高等動物中觸覺通訊也相當普遍與重要。

5、電通訊

在熱帶混濁的水塘中，生活著依靠體表放電來進行彼此交流和捕食的特殊魚類——電鰻。自然界中不僅有電鰻、電路利用身體發電器官產生很強的電流獵取食物，深水中的鯰魚、鱷魚也可以依靠體表電感器進行個體之間的信息交流。

(7)電路的動物擴展閱讀

動物通信語言（animal communication and language） 在同一種類動物之間相互聯絡的信號；主要有聲音語言、氣味語言、姿勢語言、光語言、觸碰語言等，方式很多。

研究動物的通信語言，不但能更深入地了解各種動物，還可以利用來為科研、生產服務，例如用人工合成一些害蟲的性外激素，把周圍的雄蟲引來殺滅，取得生物防治的效果。