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大自然揭示什么?

大自然揭示什么?

 大自然揭示什么?

“请你问问家畜,家畜必指教你;问问天上的飞鸟,飞鸟必告诉你。你只管观察大地,大地必指教你;只管细看海中的鱼,鱼必指示你。”——约伯记12:7,8

近年,科学家和工程师都纷纷请动植物“指教”他们。他们研究并模仿生物系统的设计特色,用以研制新产品,或改进现有机器的性能。这门模仿生物设计的科学称为仿生学。你看下面的例子时,请问问自己:“说到底,这些设计应当归功于谁呢?”

研究鲸鱼的鳍肢

飞机设计师可以从座头鲸学到什么?学到的东西可不少啊!成年的座头鲸约重30吨,等于一辆载满货物的货车。座头鲸的身体比较僵直,有翅膀似的巨大鳍肢。这种12米长的动物是游泳好手,灵巧敏捷。例如捕食时,座头鲸会在鱼或磷虾下面打圈,沿螺旋型向上游,边游边喷气,形成泡沫。于是,那些鱼或磷虾就被泡沫包围,像被网子围住一样,这样的“网子”细小得直径只有1.5米。最后,受困的鱼、磷虾被迫游到水面,座头鲸就一口把美食通通吞下。

研究人员特别感兴趣的是,身体这么僵直的生物,怎样能绕着这么狭小的圈子向上游?这件事似乎不可能。研究人员发现,秘密就藏在座头鲸的鳍肢里。鳍肢的前缘不是像飞机的机翼那样又平又滑,而是呈锯齿状的,上面有一排凸块,叫做小结节。

 当座头鲸快速向前游,小结节能增加上升力和减低水阻力。这是怎么一回事?《博物学》杂志(英语)解释,有了小结节,座头鲸向上游时,即使身躯跟水平面几乎成直角,水也能流畅地聚到鳍肢前面打转。假如鳍肢的前缘是平滑的,座头鲸就不能绕着这么狭小的圈子向上游,因为水会在鳍肢后面旋转,这样就不能产生上升力了。

这个原理可以应用到什么范畴呢?证据表明,如果飞机的机翼仿照鳍肢而设计,就可以减少襟翼或其他用来调节气流的装置。这样,机翼会更为安全,也更易于保养。生物力学专家约翰·朗相信,不久“我们很可能见到,每架喷气式飞机都有凹凸的机翼,就像座头鲸一样”。

模拟海鸥的翅膀

工程师早已经仿照鸟类翅膀的形状设计飞机的机翼。但最近,这种模仿工程更上一层楼。《新科学家》周刊(英语)报道:“佛罗里达大学的研究人员按实物的比例,制造了一个遥控的无人驾驶飞机模型,这个飞机模型能像海鸥那样盘旋、俯冲和高速爬升。”

海鸥展翅飞翔,优美绝伦,全靠肱骨两端的关节,让它能弯曲翅膀。《新科学家》周刊指出,研究人员仿照海鸥灵活的翅膀,“在长24英寸的飞机模型里安装小型引擎,控制多条金属杆去摆动机翼”。这么聪明的设计,让这小小的飞机模型能在高楼大厦之间盘旋和俯冲。美国空军正积极研发这类极度灵活的飞机,在大城市侦察生化武器。

模仿壁虎的脚掌

陆上生物也是人类的学习对象。例如,一种细小的蜥蜴叫做壁虎,它们可以爬在墙上,又能倒过来在天花板爬来爬去。早在圣经时代,这种生物的神奇特性已经为人所知。(箴言30:28)壁虎能抵抗地心吸力,秘密何在?

即使平面光滑如镜,壁虎也能依附在上面,秘密在于脚掌上极纤细的毛发组织,叫做 刚毛。壁虎的脚掌不会分泌黏液。壁虎能附在墙上,靠的是一种微弱的分子力,称为范德瓦耳斯力(范德华力)的微弱吸引力,使脚掌的分子和平面上的分子连结起来。通常,地心吸力很容易抵消这种吸引力的作用,所以你不能单单把手掌放在墙上,就附在墙上爬上去。然而,壁虎的一只脚掌,就有数以千计纤细的刚毛,这增加了脚掌与墙壁的接触面,互相的吸力因而大大增强,足以使壁虎附在墙上,不致掉下去。

这个发现有什么价值呢?模仿壁虎的脚掌而制造的合成物,可以代替尼龙搭扣(魔术贴)。尼龙搭扣的灵感同样是来自大自然的。 *《经济学家》周刊(英语)引述一个研究员的话,指出在有些医疗程序中不能使用化学黏合剂,模仿壁虎的刚毛而制成的条子就大派用场了。

应该归功于谁?

美国国家航空航天局(美国太空总署)正研制一个像蝎子般走路的多脚机器人(机械人)。另外,芬兰的工程师制成了一个有六条腿的爬行器,可以爬过障碍物,就像一只巨型昆虫似的。有些研究人员参照松果开合的原理,设计一种有小瓣的布料。汽车制造商正仿照箱鲀(浅水海鱼类)去研制车辆,因为箱鲀的设计能大大减低在海里游动的阻力,令人惊叹。鲍鱼的甲壳具有防震的特性,有些研究人员尝试找出其中的奥妙,希望制成更轻、更坚硬的装甲。

研究人员从自然界得到丰富而实用的知识,还建立了一个资料库,里面储存了巨量的生物系统档案。《经济学家》周刊说,科学家可以在资料库里,找到“天然方法去解决设计上的难题”。人拥有资料库里的生物系统档案,就是拥有“生物专利权”。一般而言,个人或公司为新意念或新器具正式注册,就合法地持有相关的专利权。《经济学家》周刊论及这个生物专利资料库,说:“研究人员巧妙地模仿生物,然后说自己拥有‘生物专利权’,那么,他们其实正在强调大自然才是拥有‘生物专利权’的。”

为什么大自然能提供这么了不起的知识呢?大自然的事物显然经过巧妙的设计,不少研究人员却把功劳归于千万年来盲目的进化。然而,另一些研究人员却有截然不同的结论。2005年,微生物学家迈克尔·贝赫在《纽约时报》写道:“[大自然中的]设计显而易见,说明了一个令人信服而又简单的道理:如果有一种生物,不论外形、走路的姿势和叫声都像鸭子一样,又没有明显的证据表明它不是鸭子,那么,我们就认定它是鸭子。”他有什么结论?“设计如此显明,我们不应该视若无睹。”

当然,工程师设计更安全、更灵巧的飞机翼,的确值得赞赏。同样,发明家设计多功能的条子、更舒适的布料或性能更佳的汽车,也值得表扬。事实上,如果制造商抄袭别人的设计,却没有注明出处,可能会被视为犯法。

受过严格训练的研究人员粗糙地仿照大自然的事物,去解决工程学上的难题,然后将原创精心的意念说成是来自无意识的进化,这样,你觉得合乎逻辑吗?仿制品尚且需要设计者,原创品又怎样?艺术家教导 门生,门生模仿他的技巧,哪一个更值得表扬?

结论合乎情理

仔细看过大自然设计的证据后,很多人都同意诗篇执笔者的心声:“耶和华啊,你所造的多么丰富!这一切都是你用智慧造成的。大地布满你所造的万物。”(诗篇104:24)执笔写圣经的保罗也得到类似的结论,他说:“自从创世以来,上帝那些看不见的特质,就是他的永恒力量和神性,都已清楚可见,从他所造的东西就能看出来。”(罗马书1:19,20

很多诚恳的人尊重圣经,也相信上帝存在。可是,他们或许声称上帝运用进化的过程,造出自然界里多姿多彩的生物。圣经怎么说呢?

[脚注]

^ 15段 尼龙搭扣的原理是以小钩勾住毛圈,根据牛蒡属植物种子的设计而制造。

[第5页的精选语句]

为什么大自然能提供这么了不起的知识呢?

[第6页的精选语句]

谁拥有自然界的专利权?

 [第7页的附栏或图片]

仿制品尚且需要设计者,原创品又怎样?

这架极度灵活的飞机是仿照海鸥的翅膀而制成的

壁虎爬行时干净利落,不留半点痕迹,就连在任何平面上(特氟隆的平面除外)也来去自如,轻松自在。研究员正研究壁虎的脚掌,加以模仿

箱鲀能大大减低在海里游动时的阻力,实在令人惊叹。这个设计提供了研制汽车的灵感

[鸣谢]

飞机:Kristen Bartlett/ University of Florida; 壁虎的脚掌:Breck P. Kent; 箱鲀和汽车:Mercedes-Benz USA

[第8页的附栏或图片]

靠本能智慧找到方向

地球上许多动物都具有“本能的智慧”,能够觅食和生存。(箴言30:24,25)让我们看看两种小动物。

蚂蚁疏导交通出外觅食的蚂蚁怎样找到回蚁穴的路呢?英国的研究员发现,除了留下引路的信息素之外,有些蚂蚁还利用几何原理找到回家的路。《新科学家》周刊(英语)说,法老蚁“在蚁穴设下向四面八方伸延的信息素网络,每条路在50~60度角就有一条岔路”。这些网络有什么特别呢?要是有一只蚂蚁想回家,它走到一个岔路时,就会本能地走距离最近的路,最后就能回到家里。文章接着说:“蚂蚁出外和回家时,这些涉及几何原理的岔路大大疏导了交通,也帮助蚂蚁不致因走错方向而多费气力。”

鸟类有内置罗盘无论天气好或坏,许多鸟类都能够飞很远路程,而且能够准确无误地抵达目的地。怎么样呢?研究人员发现,鸟类能感应地球的磁场。可是地球的“磁场曲线在各地都不同,而且不是常常直指北方”。为什么候鸟不会偏离航道呢?显然每个黄昏,鸟儿都会以日落调校自己的内置罗盘。由于日落的位置随着纬度不同、季节更替而改变,研究员认为鸟类的“生理时钟使它们知道正处于年中的什么时候”。(《科学》杂志,英语)

谁把蚂蚁设计成能够明白几何原理?鸟类的内置罗盘、生理时钟,以及能够分析这些资料的头脑又是谁赐予的呢?是盲目进化的产品?还是智慧超卓的造物主的杰作呢?

[鸣谢]

© E.J.H. Robinson 2004