仿生学的科学意义与前沿——动植物功能性结构与分子的仿生，本文主要内容关键词为：仿生学论文,动植物论文,分子论文,意义论文,结构论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
动植物功能性结构与分子的研究是一门仿生学的尖端科学。达尔文早就以唯物论的观点阐述了自然界的各种生物，由于生存环境的不同，其机体的构造和大小具有特殊的适应性。他证明生物界的各种奇异功能，乃是生物体在一定环境条件下，多少世纪以来自然选择的最优结果。生物体经数亿年优化而形成的完美形态，结构和生命活动过程是当今化学家、机械师和建筑师的首选研究对象，并不断尝试把生物界的形态，结构，原理和规则应用于技术革新上。当你在阅读《科学中国人》杂志时，是否意识到汉语文字就是事物和形态模仿的结果。
传说两千多年前，我国古代墨子曾带领300弟子用了三年时间制成一只“会飞的木乌”。同一时期，希腊人阿奇也制成了一只“机械鸽子”。在我国王莽时代（公元9-22年）的“插翼人”，据说能飞百步之外，这可能是我国第一次模仿鸟类运用自身力量进行仿生飞行的尝试。多少年来，人类对动植物的各种奇特功能进行了艰巨的探索性研究。诸如生物发光器官和塑料发光材料，苍蝇复眼的构造和雷达系统，植物的自卫能力和新药研制，昆虫发声器官和音响设备，昆虫的飞行和导航系统，水生动物和现代化养殖业等等。这些仿生学研究的最终结果推动了当今科学技术的迅猛发展。
自十九世纪开始，昆虫学家就对昆虫怎么会寻找配偶的问题感到极大的兴趣。他们把雌蛾关在一个小铁丝笼里，置于农田里，晚间就有许多雄蛾飞往小铁丝笼，围着小笼盘旋。最妙的是他们把雌蛾研碎，放在一片纸上在晚间仍然有许多雄蛾向涂有雌蛾残体的纸片飞来。因而昆虫学家就推测昆虫雌雄间可能是采用化学气味来进行通讯的。在静静的夜晚，栖息于作物叶片上的雌蛾会抬起腹部，伸出位于腹部的腺体，释放一种求爱的气味物质至空间，然而彷徨而随意飞行的雄蛾则不断地摆动位于头部的一对触角，寻求配偶体，一旦雄蛾嗅到雌蛾所释放的求爱气味物质，循迹找到雌蛾。
科学家们利用现代仪器设备剖析了昆虫的这种化学语言，人工模拟合成了这些化学气味语言，并把这些气味化合物调配得像雌蛾释放出来的化学语言一样，随后再把这些人工配制成的化学语言加到硅橡皮塞中去，利用溶剂把这些化合物渗透到橡皮内部，这样就可以使这些气味物质均匀地从橡皮表面释放出来，完全模仿得像个真正的雌蛾在释放它的化学语言一样。通常把这种仿生橡皮塞称作“信息素诱芯”。如果将这种“仿生诱芯”置于水盆式诱捕器上，在夜间就会有大量的雄蛾自投罗网，达到防治害虫的目的，同时又能根据诱捕量来预测害虫的发生期。迄今为止，我国科学家已经研制成功六十多种能应用于我国主要农林害虫测报和防治的“仿生诱芯”。
昆虫不像高等动物具有专门用来闻味的鼻子。它们的嗅觉器官大多集中在头部前面的一对触角上。触角上布满了各式各样的物理和化学感受器。翻开近期出版的韦伯斯特大辞典，对“Antenna”，英文字的解释记载了两个词义(1)节肢动物头部一对可活动的感觉器官；(2)发射或接收无线电波的金属装置。无线电天线是用于发射或接收无线电波的装置，而昆虫的触角则是一种生物感受器，似乎毫无共同之处。然而，研究发现昆虫触角感受器的形态，感觉毛的排列以及尺寸大小之比例，却与目前无线电天线技术中各种天线极为相似。有趣的是昆虫的各种奇异形状的感受器形态都可以在现代天线设计手册中找到它的副本。同时还发现昆虫触角上的感觉毛长短处于2-160微米波长范围内，对2-80微米的红外线特别敏感，具有接收微弱红外线和微波的能力。因此，有人曾尝试将昆虫信息素的分子封入红外线或微波发射元件中，形成一个微电极或者使用β－射线激发信息素分子而发射化合物所特有的红外光谱，作为红外线或微波的等离子体。如果这种设想能付诸于实的话，就可以制成对各种害虫具有高特异性的永久性电子灭虫器。
在植物王国中，莲花叶的自净现象，从它的发现到应用就是一个典型的来自于生物表面结构启示的仿生学范例，其原理已被纺织、汽车工业、生活用具和墙面涂料所采纳。植物如何抵御外来入侵者危害，招揽传粉者，又如何将各种信息传递给同种个体都是令生物学家感兴趣的研究领域。其中利用空气传播的行为控制信号是植物界常用的一种化学防御和种间通讯手段。
中国传统的端午节总将艾草和菖蒲用红绳捆扎成束挂在门口，以避邪。这是因为端午节前后爬虫飞蛾开始活跃，古人早就从自然界学得利用艾草和菖蒲的气味物质来驱除这类害虫。植物是自然界挥发性物质的产生和释放者，不仅仅是花卉和果实，而且也从蔬菜组织和叶面组织中产生。当植物受到害虫攻击时，叶面会释放一些挥发性防御物质抑制害虫或引诱其天敌。植物在生长过程中也会利用这些化学信号来协调种群的多种行为。例如烟草植物在夜间会释放一种气味物质以驱避雌蛾在烟草叶上产卵；当烟草生长密度过高时，部分烟草就停止生长；当自身受到病毒感染后又会产生和释放一种水杨酸类化合物，增强了邻近烟草植株的抗病毒能力等等。植物生长过程中产生了形形色色的次生物质，其中很大一部分次生物质似乎与植物的生长、发育等基本生命过程无直接的关系。科学家们通过研究植物自身的特殊功能和次生物质，发展和研制成功植物生长调节剂、害虫驱避剂、产卵抑制剂、香料、药物等，为人类健康和农林生产作出了巨大的贡献。
21世纪的今天，相信我国科学家们会从动植物功能性结构与分子的仿生研究中得到更多启示，为我国高新技术产业的发展提供更多的新技术、新途径、新方法和新原理。