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生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。 白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一块干胶炮弹。 美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。 我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。 根据响尾蛇的颊窝能感觉到℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。 人类根据鸡蛋的薄壳设计发明了许多性能优良的房屋，人们又模仿袋鼠研制出会跳跃的越野汽车，模仿贝壳制成外壳坚固的坦克``````、平台建筑群：热带无刺蜂用蜂蜡建筑蜂巢，层层叠叠结合在一起，通常有40层，外表看起来就像是电影《星球大战》中的航天飞船，能够安置10万户"居民"。 7、带空调的古堡：白蚁能够通过一种匪夷所思的管道系统改善巢内的温度状况，白天制冷，夜里供暖。从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。 在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。 科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。 早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。 在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。 科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。 早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。 电鱼与伏特电池 自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。 各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。 电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究， 终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同，所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中；电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。 电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。 水母的顺风耳 “燕子低飞行将雨，蝉鸣雨中天放晴。”生物的行为与天气的变化有一定关系。沿海渔民都知道，生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海，就预示着风暴即将来临。 水母，又叫海蜇，是一种古老的腔肠动物，早在5亿年前,它就漂浮在海洋里了。这种低等动物有预测风暴的本能，每当风暴来临前，它就游向大海避难去了。 原来，在蓝色的海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波 (频率为每秒8—13次)，总是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到，小小的水母却很敏感。仿生学家发现，水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄
仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。 仿生学仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性质’的意思）”构成的。 仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语bion上，加上有工程技术涵义的ics而组成的词。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由3000多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。 自然对方身份的是非得失生物，都有着怎样的奇异本领？它们的种种本领，给了人类什么启发？模仿这些本领，人类又可以造出什么样的机器？这里要介绍的一门新兴科学——仿生学。[编辑本段]【人类仿生学起源】 自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发仿生学展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。 鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。 以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生学的先驱，也是仿生学的萌芽。[编辑本段]【发人深省的对比】 人类仿生的行为虽然早有雏型，但是在20世纪40年代以前，人们并没有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉。科学家对于生物学的研究也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上。而工程技术人员更多的依赖于他们卓越的智慧，辛辛苦苦的努力，进行着人工发明。他们很少有意识的向生物界学习。但是，以下几个事实可以说明：人们在技术上遇到的某些难题，生物界早在千百万年前就曾出现，而且在进化过程中就已解决了，然而人类却没有从生物界得到应有的启示。 在第一次世界大战时期，出于军事上的需要，为使舰艇在水下隐蔽航行而制造出潜水艇。当工程技术人员在设计原始的潜艇时，是先用石块或铅块装在潜艇上使它下沉，如果需要升至水面，就将携带的石块或铅块扔掉，使艇身回到水面来。以后经过改进，在潜艇上采用浮箱交替充水和排水的方法来改变潜艇的重量。以后又改成压载水舱，在水舱的上部设放气阀，下面设注水阀，当水舱灌满海水时，艇身重量增加使它潜入水中。需要紧急下潜时，还有速潜水舱，待艇身潜入水中后，再把速潜水舱内的海水排出。如果一部分压载水舱充水，另一部分空着，潜水艇可处于半潜状态。潜艇要起浮时，将压缩空气通入水舱排出海水，艇内海水重量减轻后潜艇就可以上浮。如此优越的机械装置实现了潜艇的自由沉浮。但是后来发现鱼类的沉浮系统比人们的发明要简单得多，鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔。鳔内不受肌肉的控制，而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部分氧气来调节鱼鳔中气体含量，促使鱼体自由沉浮。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统，对于潜艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了。 声音是人们生活中不可缺少的要素。通过语言，人们交流思想和感情，优美的音乐使人们获得艺术的享受，工程技术人员还把声学系统应用在工业生产和军事技术中，成为颇为重要的信息之一。自从潜水艇问世以来，随之而来的就是水面的舰船如何发现潜艇的位置以防偷袭；而潜艇沉入水中后，也须准确测定敌船方位和距离以利攻击。因此，在第一次世界大战期间，在海洋上，水面与水中敌对双方的斗争采用了各种手段。海军工程师们也利用声学系统作为一个重要的侦察手段。首先采用的是水听器，也称噪声测向仪，通过听测敌舰航行中所发出的噪声来发现敌舰。只要周围水域中有敌舰在航行，机器与螺旋桨推进器便发出噪声，通过水听器就能听到，能及时发现敌人。但那时的水听器很不完善，一般只能收到本身舰只的噪声，要侦听敌舰，必须减慢舰只航行速度甚至完全停车才能分辨潜艇的噪音，这样很不利于战斗行动。不久，法国科学家郎之万（1872～1946）研究成功利用超声波反射的性质来探测水下舰艇。用一个超声波发生器，向水中发出超声波后，如果遇到目标便反射回来，由接收器收到。根据接收回波的时间间隔和方位，便可测出目标的方位和距离，这就是所谓的声纳系统。人造声纳系统的发明及在侦察敌方潜水艇方面获得的突出成果，曾使人们为之惊叹不已。岂不知远在地球上出现人类之前，蝙蝠、海豚早已对“回声定位”声纳系统应用自如了。 生物在漫长的年代里就是生活在被声音包围的自然界中，它们利用声音寻食，逃避敌害和求偶繁殖。因此，声音是生物赖以生存的一种重要信息。意大利科学家斯帕兰捷很早以前就发现蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，既能躲避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫，但是塞住蝙蝠的双耳、封住它的嘴后，它们在黑暗中就寸步难行了。面对这些事实，斯帕兰捷提出了一个使人们难以接受的结论：蝙蝠能用耳朵与嘴“看东西”。它们能够用嘴发出超声波后，在超声波接触到障碍物反射回来时，用双耳接收到。第一次世界大战结束后，1920年，哈台认为蝙蝠发出声音信号的频率超出人耳的听觉范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第一次世界大战时郎之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾的是，哈台的提示并未引起人们的重视，而工程师们对于蝙蝠具有“回声定位”的技术是难以相信的。直到1983年采用了电子测量器，才完完全全证实蝙蝠就是以发出超声波来定位的。但是这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮助了。 另一个事例是人们对于昆虫行为为时过晚的研究。在利奥那多·达·芬奇研究鸟类飞行造出第一个飞行器400年之后，人们经过长期反复的实践，终于在1903年发明了飞机，使人类实现了飞上天空的梦想。由于不断改进，30年后人们的飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，显示了人类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时，机翼发生有害的振动，飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许多试飞的飞行员因而丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。可是，昆虫早在三亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长期的进化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。假如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用，获得有益于解决颤振的设计思想，就可似避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，飞机设计师大有相见恨晚之感！ 以上这三个事例发人深省，也使人们受到了很大启发。早在地球上出现人类之前，各种生物已在大自然中生活了亿万年，在它们为生存而斗争的长期进化中，获得了与大自然相适应的能力。生物学的研究可以说明，生物在进化过程中形成的极其精确和完善的机制，使它们具备了适应内外环境变化的能力。生物界具有许多卓有成效的本领。如体内的生物合成、能量转换、信息的接受和传递、对外界的识别、导航、定向计算和综合等，显示出许多机器所不可比拟的优越之处。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干扰性实在令人惊叹不已。[编辑本段]【仿生学重大意义】 仿生学是连接生物与技术的桥梁 自从瓦特（James Watt，1736～1819）在1782年发明蒸汽机以后，人们在生产斗争中获得了强大的动力。在工业技术方面基本上解决了能量的转换、控制和利用等问题，从而引起了第一次工业革命，各式各样的机器如雨后春笋般的出现，工业技术的发展极大地扩大和增强了人的体能，使人们从繁重的体力劳动解脱出来。随着技术的发展，人们在蒸汽机以后又经历了电气时代并向自动化时代迈进。 20世纪40年代电子计算机的问世，更是给人类科学技术的宝库增添了可贵的财富，它以可靠和高效的本领处理着人们手头上数以万计的各种信息，使人们从汪洋大海般的数字、信息中解放出来，使用计算机和自动装置可以使人们在繁杂的生产工序面前变得轻松省力，它们准确地调整、控制着生产程序，使产品规格精确。但是，自动控制装置是按人们制定的固定程序进行工作的，这就使它的控制能力具有很大的局限性。自动装置对外界缺乏分析和进行灵活反应的能力，如果发生任何意外的情况，自动装置就要停止工作，甚至发生意外事故，这就是自动装置本身所具有的严重缺点。要克服这种缺点，无非是使机器各部件之间，机器与环境之间能够“通讯”，也就是使自动控制装置具有适应内外环境变化的能力。要解决这一难题，在工程技术中就要解决如何接受、转换。利用和控制信息的问题。因此，信息的利用和控制就成为工业技术发展的一个主要矛盾。如何解决这个矛盾呢？生物界给人类提供了有益的启示。 人类要从生物系统中获得启示，首先需要研究生物和技术装置是否存在着共同的特性。1940年出现的调节理论，将生物与机器在一般意义上进行对比。到1944年，一些科学家已经明确了机器和生物体内的通讯、自动控制与统计力学等一系列的问题上都是一致的。在这样的认识基础上，1947年，一个新的学科——控制论产生了。 控制论（Cybernetics)是从希腊文而来，原意是“掌舵人”。按照控制论的创始人之一维纳（Norbef Wiener,1894～1964)给予控制论的定义是“关于在动物和机器中控制和通讯”的科学。虽然这个定义过于简单，仅仅是维纳关于控制论经典著作的副题，但它直截了当地把人们对生物和机器的认识联系在了一起。 控制论的基本观点认为，动物（尤其是人）与机器（包括各种通讯、控制、计算的自动化装置）之间有一定的共体，也就是在它们具备的控制系统内有某些共同的规律。根据控制论研究表明，各种控制系统的控制过程都包含有信息的传递、变换与加工过程。控制系统工作的正常，取决于信息运 行过程的正常。所谓控制系统是指由被控制的对象及各种控制元件、部件、线路有机地结合成有一定控制功能的整体。从信息的观点来看，控制系统就是一部信息通道的网络或体系。机器与生物体内的控制系统有许多共同之处，于是人们对生物自动系统产生了极大的兴趣，并且采用物理学的、数学的甚至是技术的模型对生物系统开展进一步的研究。因此，控制理论成为联系生物学与工程技术的理论基础。成为沟通生物系统与技术系统的桥梁。 生物体和机器之间确实有很明显的相似之处，这些相似之处可以表现在对生物体研究的不同水平上。由简单的单细胞到复杂的器官系统（如神经系统）都存在着各种调节和自动控制的生理过程。我们可以把生物体看成是一种具有特殊能力的机器，和其它机器的不同就在于生物体还有适应外界环境和自我繁殖的能力。也可以把生物体比作一个自动化的工厂，它的各项功能都遵循着力学的定律；它的各种结构协调地进行工作；它们能对一定的信号和刺激作出定量的反应，而且能像自动控制一样，借助于专门的反馈联系组织以自我控制的方式进行自我调节。例如我们身体内恒定的体温、正常的血压、正常的血糖浓度等都是肌体内复杂的自控制系统进行调节的结果。控制论的产生和发展，为生物系统与技术系统的连接架起了桥梁，使许多工程人员自觉地向生物系统去寻求新的设计思想和原理。于是出现了这样一个趋势，工程师为了和生物学家在共同合作的工程技术领域中获得成果，就主动学习生物科学知识。[编辑本段]【仿生学的诞生】 随着生产的需要和科学技术的发展，从20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学——仿生学。 作为一门独立的学科，仿生学正式诞生于1960年9月。由美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地戴通召开了第一次仿生学会议。会议讨论的中心议题是“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”斯梯尔为新兴的科学命名为“Bionics”，希腊文的意思代表着研究生命系统功能的科学，1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。斯梯尔把仿生学定义为“模仿生物原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学”。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。[编辑本段]【研究方法与内容】 仿生学是生物学、数学和工程技术学相互渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含义不仅显示出仿生学的组成，而且也概括表达了仿生学的研究途径。 仿生学的任务就是要研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。 仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有以下三个阶段： 首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题，将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，得到一个生物模型；第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析，并使其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿生中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复，才能使模拟出来的东西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果，使最终建成的机器设备将与生物原型不同，在某些方面甚上超过生物原型的能力。例如今天的飞机在许多方面都超过了鸟类的飞行能力，电子计算机在复杂的计算中要比人的计算能力迅速而可靠。 仿生学的基本研究方法使它在生物学的研究中表现出一个突出的特点，就是整体性。从仿生学的整体来看，它把生物看成是一个能与内外环境进行联系和控制的复杂系统。它的任务就是研究复杂系统内各部分之间的相互关系以及整个系统的行为和状态。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我复制，它们与外界的联系是密不可分的。生物从环境中获得物质和能量，才能进行生长和繁殖；生物从环境中接受信息，不断地调整和综合，才能适应和进化。长期的进化过程使生物获得结构和功能的统一，局部与整体的协调与统一。仿生学要研究生物体与外界刺激（输入信息）之间的定量关系，即着重于数量关系的统一性，才能进行模拟。为达到此目的，采用任何局部的方法都不能获得满意的效果。因此，仿生学的研究方法必须着重于整体。 仿生学的研究内容是极其丰富多彩的，因为生物界本身就包含着成千上万的种类，它们具有各种优异的结构和功能供各行业来研究。自从仿生学问世以来的二十几年内，仿生学的研究得到迅速的发展，且取得了很大的成果。就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展，学科分支繁多，在仿生学中相应地开展对口的技术仿生研究。例如：航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；航空部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航；工程建筑对生物力学的模拟；无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟；计算机技术对于脑的模拟似及人工智能的研究等。在第一届仿生学会议上发表的比较典型的课题有：“人造神经元有什么特点”、“设计生物计算机中的问题”、“用机器识别图像”、“学习的机器”等。从中可以看出以电子仿生的研究比较广泛。仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究，即动物的感觉器官、神经元、神经系统的整体作用。以后在机械仿生和化学仿生方面的研究也随之开展起来，近些年又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等。 总之，仿生学的研究内容，从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科学高度综合和互相交叉、渗透的新时代，仿生学通过模拟的方法把对生命的研究和实践结合起来，同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其它学科的渗透和影响下，使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变；在内容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营养，加速科学的发展。因此，仿生学的科研显示出无穷的生命力，它的发展和成就将为促进世界整体科学技术的发展做出巨大的贡献。[编辑本段]【仿生学研究范围】 仿生学的研究范围主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。 ◇力学仿生，是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构，把人工海豚皮包敷在船舰外壳上，可减少航行揣流，提高航速； ◇分子仿生，是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫； ◇能量仿生，是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程； ◇信息与控制仿生，是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如,根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上，并在此基础上构造出新型计算机。 模仿人类学习过程，制造出一种称为“感知机”的机器，它可以通过训练，改变元件之间联系的权重来进行学习，从而能实现模式识别。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。 某些文献中，把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生，而把信息和控制仿生的部分内容称为神经仿生。 仿生学的范围很广，信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面——生物模式识别的研究，大脑学习记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等——是仿生学研究的主攻方面。 控制与信息仿生和生物控制论关系密切。两者都研究生物系统中的控制和信息过程，都运用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用人造硬件系统；而生物控制论则从控制论的一般原理，从技术科学的理论出发，为生物行为寻求解释。 最广泛地运用类比、模拟和模型方法是仿生学研究方法的突出特点。其目的不在于直接复制每一个细节，而是要理解生物系统的工作原理，以实现特定功能为中心目的。—般认为，在仿生学研究中存在下列三个相关的方面：生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础，后者是目的，而数学模型则是两者之间必不可少的桥梁。 由于生物系统的复杂性，搞清某种生物系统的机制需要相当长的研究周期，而且解决实际问题需要多学科长时间的密切协作，这是限制仿生学发展速度的主要原因。
动物仿生学作文 （一）
细心的人回会注意到防毒面具的外形和猪嘴极为相似，这是为什么呢？莫非防毒面具的发明和猪嘴有关？事实确实如此。
在第一次世界大战期间，德军曾与英法联军为争夺比利时伊泊尔地区展开激战，双方对峙半年之久。1915年，德军为了打破欧洲战场长期僵持的局面，第一次使用了化学毒剂。他们在阵地前沿设置了5730个盛有氯气的钢瓶，朝着英法联军阵地的顺风方向打开瓶盖，把180吨氯气释放出去。顿时，一片绿色烟雾腾起，并以每秒三米的速度向对方的阵地飘移，一直扩散到联军阵地纵身达25公里处，结果致使5万英法联军士兵中毒死亡，战场上的大量野生动物也相继中毒丧命。可是奇怪的是，这一地区的野猪竟意外的生存下来。这件事引起了科学家的极大兴趣。经过实地考察，仔细研究后，终于发现是野猪喜欢用嘴拱地的习性，是它们免于一死。当野猪闻到强烈的刺激性气味后，就用嘴拱地，一搪避气味的刺激。而泥土被野猪拱动后其颗粒就变得较为松软，对毒气起到了过滤和吸附的作用。由于野猪巧妙地利用了大自然赐予它的防毒面具，所以它们能在这场氯气的浩劫中幸免于难。
根据这一发现，科学家们很快就设计、制造出了第一批防毒面具。但这种防毒面具没有直接采用泥土作为吸附剂，而是使用吸附能力很强的活性炭，猪嘴的形状能装入较多的活性炭。如今尽管吸附剂的性能越来越优良，但它酷似猪嘴的基本样式却一直没有改变。
防毒面具可以说是模仿猪嘴的一件杰作。
动物仿生学作文 （二）
自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢？人类又把目光投向了大自然。
在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。
在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1500种，它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。
科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。
早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP（三磷酸腺苷）和水混合而成的生物光源，可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。
现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。
动物仿生学作文 （三）
令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。
苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢？原来，苍蝇的“鼻子”――嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。
每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。
仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。
这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。
动物仿生学作文 （四）
自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种。人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。
各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压，而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军，()据说它能击毙像马那样的大动物。
电鱼放电的奥秘究竟在哪里？经过对电鱼的解剖研究，终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同，所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中；电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板；电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间，约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。
电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的，所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
鲨鱼皮肤－泳衣 一件泳衣，在悉尼奥运会上改变了世界泳坛的格局。几乎大半金牌得主都穿上一种特殊的泳衣———连体鲨鱼装。这种鲨鱼装仿造了海中霸王鲨鱼的皮肤结构，泳衣上设计了一些粗糙的齿状凸起，能有效地引导水流，并收紧身体，避免皮肤和肌肉的颤动。 此后，仿生泳衣越仿越精。第二代鲨鱼装又增加了一些新的亮点，加入了一种叫做“弹性皮肤”的材料，可使人在水中受到的阻力减少4％。此外，还增加了两个附件，附在前臂上由钛硅树脂做成的缓冲器能使运动员游起来更加轻松；附在胸前和肩后的振动控制系统能帮助引导水流。 海蜇－水母耳 每当风暴来临前，最古老的腔肠生物海蜇仿佛能未卜先知，早早就离岸游向大海避灾。原来，海蜇有个“顺风耳”，其“耳”（细柄上的小球)中有小小的听石，上面布满神经感受器，能听到风暴产生时发出的次声波（由空气和波浪摩擦而产生，频率为8赫兹-13赫兹，传播比风暴、波浪的速度快）。 模拟海蜇感受次声波的器官，科技人员设计出一种“水母耳”仪器，可提前15小时左右预报风暴。它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安装在船的前甲板上，喇叭做360°旋转。当它接收到8赫兹－13赫兹的次声波时，旋转自动停止，喇叭所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。 仿生成果走向产业 京沪两地科学界级别最高的“香山科学会议”和“东方科技论坛”最近联合就仿生学召开学术研讨会，此举在科学界引起不小震动:为何给予仿生学如此高规格？ 缘自国际科研和高新技术产业的竞争态势。越来越多的科学家认识到：模仿自然更有无限的潜力和机会，更有可能提升原始创新的能力。 人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设计可能性，也可能带给我们新的生存方式，仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。10年前，许多国家就开始通过仿生学，提升科技创新活力和产业能级。在美国，有一项长期研究计划与仿生科技紧密相关，其优先发展的先进制造、先进材料和先进军事装备等，不少是从模拟与仿真入手；德国研究与技术部已就“21世纪的技术”为题，从仿生学出发，在电子技术、纳米技术、富勒碳材料、光子学、材料、生物传感器等领域投入了相当大的财力和人力；英国、日本、俄罗斯以及韩国等国都有相应的仿生科技和仿生产业中长期计划,在先进制造、材料、生物技术、高性能计算与通信计划等领域开展基础性研究。 仿生成果已不断涌现，并开始从基础研究发展到商业化竞争阶段。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员杜家纬介绍，这些仿生学成果应用于经济、军事和人类卫生事业后，在全球经济中所创造的份额会越来越大。如德国轮胎设计专家根据跑行中的猫前爪垫的功能和蜘蛛网的柔顺结构及其稳定性，设计出一种AMC垫型轮胎，其表面的柔软性和硬性网状结构设计，具有较大的抓地性和运行精度，增加了轮胎与地面的摩擦力，使刹车距离从现在的19米缩短为9米，大大提高了安全性。这种轮胎已完成了实地试验，一旦投产，对世界轮胎业产生的冲击可想而知。又如，德国米勒公司新设计的一款洗衣机内桶表面结构仿造蜂巢和龟背壳形状，所洗的衣服非常干净，但洗涤过程却非常柔顺，不伤衣料。据统计，我国每年洗衣机更新量为500万台，有关专家已经担忧，一旦这种仿生洗衣机进入市场，将大大挤压我国的洗衣机市场。 将仿生研究纳入国家战略 机器人、纳米自洁涂料、生物农药……仿生科研在本市和全国其它城市的不少领域已有开展，但始终难以形成规模产业，缘于仿生学缺乏系统的研究规划和研究体系，因此源头创新性研究还远远不够。为此有关专家认为，科研主管部门、科技界和产业界都应转变观念和视角，从模仿国外转变为模仿自然，向大自然汲取科技创新的灵感。 据了解，我国当前优先发展的高技术产业化重点领域共有141个方面，其中将近有30个领域与仿生学相关。例如:光传输系统，生物医学材料及体内植入物和人造器官，生物反应器及分离技术与成套设备，医药新剂型，新型医用精密诊断及治疗仪器，新型材料－纳米材料，膜工程技术，子午线轮胎生产技术及关键设备和原材料，新型传感器，工业机器人及机器人自动化生产线，环境与污染源监测仪器及自动监测系统，高效、安全新农药、兽药及生物防治技术，新型墙体材料等。由此可见，加强仿生科研和仿生成果的转化，将使我国的高新技术产业的质与量都产生飞跃。 杜家纬介绍，21世纪的仿生学，正朝着微观、系统、智能、精细、洁净方向发展，更多地表现为将生物系统构造和生命活动过程融合到技术创新的设计思想中去。当前仿生结构和力学的研究在国际上受到高度关注，研制微型飞行器，机器昆虫和机器鱼等正形成热潮。在新材料研究方面，世界各国也都将目标放在模仿生物界的结构，如海洋壳类构造、蜘蛛丝、植物表面超微结构、动物角趾皮肤等等。 仿生学是多学科的交叉，需要多学科的专家，尤其是生命科学家和工程技术专家的共同关注与参与。专家呼吁：要将仿生学的发展放在国家重要战略地位加以考虑，把握21世纪国际仿生学的发展方向和前沿，加强原始创新研究，从仿生结构与力学，仿生材料与微纳系统，仿生功能器件及控制，分子仿生，神经和信息科学等五大“仿生科学与技术”系统性基础研究方向，建立复杂生物体系的研究与发现体系。在仿生材料,仿生工艺，仿生机械，仿生功能器件，微纳米仿生技术，仿生传感器，基因仿生工程，组织仿生工程，生物膜仿生工程和人工智能等10个前沿领域，加强仿生研究和产业孕育。
苍蝇与宇宙飞船 令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。[9] 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 从萤火虫到人工冷光从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光。”在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。[10] 科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。 早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。电鱼与伏特电池 自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。 各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。 电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究， 终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同，所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中；电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。 电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏特电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。水母的顺风耳 在自然界中，水母，早在5亿多年前，它们就已经在海水里生活了。“但是，水母跟顺风耳又有什么关系呢？”人们肯定会问这样一个问题。因为，水母在风暴来临之前，就会成群结队地游向大海，就预示风暴既将来临。但是，这又与“顺风耳”有什么关系呢？原来，在蓝色的海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波（频率为8～13赫），是风暴来临之前的预告。这种次声波，人耳是听不到的，而对水母来说却是易如反掌。科学家经过研究发现，水母的耳朵里长着一个细柄，柄上有个小球，球内有块小小的听石。 科学家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。技能训练长颈鹿与宇航员失重现象 长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部，是由于长颈鹿的血压很高。据测定，长颈鹿的血压比人的正常血压高出2倍。这样高的血压为什么不会使长颈鹿患脑溢血而死亡呢？这和长颈鹿身体的结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示，在训练宇航员对，设置一种特殊器械，让宇航员利用这种器械每天锻炼几小时，以防止宇航员血管周围肌肉退化；在宇宙飞船升空时，科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，研制了飞行服——“抗荷服”。抗荷服上安有充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，使宇航员的血压保持正常。同时，宇航员腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中的，这样可以减小宇航员腿部的血压，利于身体上部的血液向下肢输送。蛋壳与薄壳建筑 蛋壳呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧院则像一组泊港的群帆。结构构件 对于构件，在截面面积相同的情况下，把材料尽可能放到远离中和轴的位置上，是有效的截面形状。有趣的是，在自然界许多动植物的组织中也体现了这个结论。例如：“疾风知劲草”，许多能承受狂风的植物的茎部是维管状结构，其截面是空心的。支持人承重和运动的骨骼，其截面上密实的骨质分布在四周，而柔软的骨髓充满内腔。在建筑结构中常被采用的空心楼板、箱形大梁、工形截面钣梁以及折板结构、空间薄壁结构等都是根据这条结论得来的。斑马 斑马生活在非洲大陆，外形与一般的马没有什么两样，它们身上的条纹是为适应生存环境而衍化出来的保护色。在所有斑马中，细斑马长得最大最美。它的肩高140-160厘米，耳朵又圆又大，条纹细密且多。斑马常与草原上的牛羚、旋角大羚羊、瞪羚及鸵鸟等共外，以抵御天敌。人类将斑马条纹应用到军事上是一个是很成功仿生学例子。昆虫与仿生 昆虫个体小，种类和数量庞大，占现存动物的75％以上，遍布全世界。它们有各自的生存绝技，有些技能连人类也自叹不如。人们对自然资源的利用范围越来越广泛，特别是仿生学方面的任何成就，都来自生物的某种特性，本文简要介绍昆虫与仿生学。（右为家蝇的眼睛） 蝴蝶与仿生蝴蝶与仿生 五彩的蝴蝶锦色粲然，如重月纹凤蝶，褐脉金斑蝶等，尤其是萤光翼凤蝶，其后翅在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴 蝶色彩的研究，为军事防御带来了极大的裨益。在二战期间，德军包围了列宁格勒，企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时 人们对伪装缺乏认识的情况，提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的军事 基地仍安然无惹，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理，后来人们还生产出了迷彩服，大大减少了战斗中的伤亡。[11] 人造卫星在太空中由于位 置的不断变化可引起温度骤然变化，有时温差可高达两、三百度，严重影响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调 节体温的启发，将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝，随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大难题。 甲虫与仿生 气步甲炮虫自卫时，可喷射出具有恶臭的高温液体 “炮弹”，以迷惑、刺激和惊吓敌害。科学家将其解剖后发现甲虫体内有3个小室，分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶 混合发生化学反应，瞬间就成为100℃的毒液，并迅速射出。这种原理目前已应用于军事技术中。二战期间，德国纳粹为了战争的需要，据此机理制造出了一种功 率极大且性能安全可靠的新型发动机，安装在飞航式导弹上，使之飞行速度加快，安全稳定，命中率提高，英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷 射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中，炮弹发射后隔膜破裂，两种毒剂中间体在弹体飞 行的8—10秒内混合并发生反应，在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、储存、运输，安全且不易失效。萤火虫可将化学能直接转变成光 能，且转化效率达100%，而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量。另外，根据甲 虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事业中。 蜻蜓与仿生 蜻蜒通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，井利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72km/小时。此外，蜻蜒的 飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飞行时安然无恙，于是人们仿效蜻蜒在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。 苍蝇与仿生 昆虫学家研究发现，苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时，平衡棒以一定的频率进行机械振动，可以调节翅膀的运动方向，是保持苍蝇身体平 衡的导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪——振动陀螺仪，大大改进了飞机的飞行性能LlJ，可使飞机自动停止危险的滚翻飞行，在机体强烈倾斜时还 能自动恢复平衡，即使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎360。范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机，在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对 数十种气味进行快速分析且可立即作出反应。科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构，把各种化学反应转变成电脉冲的方式，制成了十分灵敏的小型气体分析仪，目前已广 泛应用于宇宙飞船、潜艇和矿井等场所来检测气体成分，使科研、生产的安全系数更为准确、可靠。 蜂类与仿生 蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小 蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的——菱形钝角109。28’，锐角70。32’完全相同，是最节省 材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞 机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。蜜蜂复眼的每个单眼中相邻地排列着对偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太阳准确定位。科学家据此原理研制成功了偏 振光导航仪，早已广泛用于航海事业中。其它昆虫与仿生 跳蚤的跳跃本领十分高强，航空专家对此进行了。 生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。 白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器—一快干胶炮弹。 美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。 我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。 根据响尾蛇的颊窝能感觉到℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。 仿生学是人类一直使用的方法，如模仿海豚皮而构造的“海豚皮游泳衣”、科学家研究鲸鱼的皮肤时，发现其上有沟漕的结构，于是有个科学家就依照鲸鱼皮构造，造成一个薄膜蒙在飞机的表面，据实验可节约能源3%，若全国的飞机都蒙上这样的表面，每年可节约几十亿。又如有科学家研究蜘蛛，发现蜘蛛的腿上没有肌肉，有脚的动物会走，主要是靠肌肉的收缩，现在蜘蛛没有肌肉为什么会走路？经研究蜘蛛不是靠肌肉的收缩进行走路的，而是靠其中的“液压”的结构进行走路，据此人们发明了液压步行机……总之,从自然界得到启迪,模仿其结构进行发明创造.这就是仿生学. 这是我们向自然界学习的一个方面。
仿生学（bionics）在具有生命之意的希腊语bion上，加上有工程技术涵义的ics而组成的词。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。 自然界形形色色的生物，都有着怎样的奇异本领？它们的种种本领，给了人类哪些启发？模仿这些本领，人类又可以造出什么样的机器？这里要介绍的一门新兴科学——仿生学。 仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在本世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。 【仿生学的诞生】 随着生产的需要和科学技术的发展，从20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学——仿生学。 作为一门独立的学科，仿生学正式诞生于1960年9月。由美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地戴通召开了第一次仿生学会议。会议讨论的中心议题是“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”斯梯尔为新兴的科学命名为“Bionics”，希腊文的意思代表着研究生命系统功能的科学，1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。斯梯尔把仿生学定义为“模仿生物原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学”。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。 【仿生学的研究方法与内容】 仿生学是生物学、数学和工程技术学相互渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含义不仅显示出仿生学的组成，而且也概括表达了仿生学的研究途径。 仿生学的任务就是要研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。 仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有以下三个阶段： 首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题，将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，得到一个生物模型；第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析，并使其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿生中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复，才能使模拟出来的东西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果，使最终建成的机器设备将与生物原型不同，在某些方面甚上超过生物原型的能力。例如今天的飞机在许多方面都超过了鸟类的飞行能力，电子计算机在复杂的计算中要比人的计算能力迅速而可靠。 仿生学的基本研究方法使它在生物学的研究中表现出一个突出的特点，就是整体性。从仿生学的整体来看，它把生物看成是一个能与内外环境进行联系和控制的复杂系统。它的任务就是研究复杂系统内各部分之间的相互关系以及整个系统的行为和状态。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我复制，它们与外界的联系是密不可分的。生物从环境中获得物质和能量，才能进行生长和繁殖；生物从环境中接受信息，不断地调整和综合，才能适应和进化。长期的进化过程使生物获得结构和功能的统一，局部与整体的协调与统一。仿生学要研究生物体与外界刺激（输入信息）之间的定量关系，即着重于数量关系的统一性，才能进行模拟。为达到此目的，采用任何局部的方法都不能获得满意的效果。因此，仿生学的研究方法必须着重于整体。 仿生学的研究内容是极其丰富多彩的，因为生物界本身就包含着成千上万的种类，它们具有各种优异的结构和功能供各行业来研究。自从仿生学问世以来的二十几年内，仿生学的研究得到迅速的发展，且取得了很大的成果。就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展，学科分支繁多，在仿生学中相应地开展对口的技术仿生研究。例如：航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；航空部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航；工程建筑对生物力学的模拟；无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟；计算机技术对于脑的模拟似及人工智能的研究等。在第一届仿生学会议上发表的比较典型的课题有：“人造神经元有什么特点”、“设计生物计算机中的问题”、“用机器识别图像”、“学习的机器”等。从中可以看出以电子仿生的研究比较广泛。仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究，即动物的感觉器官、神经元、神经系统的整体作用。以后在机械仿生和化学仿生方面的研究也随之开展起来，近些年又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等。 总之，仿生学的研究内容，从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科学高度综合和互相交叉、渗透的新时代，仿生学通过模拟的方法把对生命的研究和实践结合起来，同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其它学科的渗透和影响下，使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变；在内容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营养，加速科学的发展。闪此，仿生学的科研显示出无穷的生命力，它的发展和成就将为促进世界整体科学技术的发展做出巨大的贡献。 【仿生学的研究范围】 仿生学的研究范围主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。 ◇力学仿生，是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构，把人工海豚皮包敷在船舰外壳上，可减少航行揣流，提高航速； ◇分子仿生，是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫； ◇能量仿生，是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程； ◇信息与控制仿生，是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如,根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上，并在此基础上构造出新型计算机。 模仿人类学习过程，制造出一种称为“感知机”的机器，它可以通过训练，改变元件之间联系的权重来进行学习，从而能实现模式识别。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。 某些文献中，把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生，而把信息和控制仿生的部分内容称为神经仿生。 仿生学的范围很广，信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面——生物模式识别的研究，大脑学习记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等——是仿生学研究的主攻方面。 控制与信息仿生和生物控制论关系密切。两者都研究生物系统中的控制和信息过程，都运用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用人造硬件系统；而生物控制论则从控制论的一般原理，从技术科学的理论出发，为生物行为寻求解释。 最广泛地运用类比、模拟和模型方法是仿生学研究方法的突出特点。其目的不在于直接复制每一个细节，而是要理解生物系统的工作原理，以实现特定功能为中心目的。—般认为，在仿生学研究中存在下列三个相关的方面：生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础，后者是目的，而数学模型则是两者之间必不可少的桥梁。 由于生物系统的复杂性，搞清某种生物系统的机制需要相当长的研究周期，而且解决实际问题需要多学科长时间的密切协作，这是限制仿生学发展速度的主要原因。 【仿生学的现象】 苍蝇与宇宙飞船 令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。 在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。 科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。 早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。
苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件，它的用途很多。 【人类仿生由来已久】 自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。 鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。 以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生的先驱，也是仿生学的萌芽。 生物在漫长的年代里就是生活在被声音包围的自然界中，它们利用声音寻食，逃避敌害和求偶繁殖。因此，声音是生物赖以生存的一种重要信息。意大利人斯帕兰赞尼很早以前就发现蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，既能躲避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫，但是堵塞蝙蝠的双耳后，它们在黑暗中就寸步难行了。面对这些事实，帕兰赞尼提出了一个使人们难以接受的结论：蝙蝠能用耳朵“看东西”。第一次世界大战结束后，1920年哈台认为蝙蝠发出声音信号的频率超出人耳的听觉范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第一次世界大战时郎之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾的是，哈台的提示并未引起人们的重视，而工程师们对于蝙蝠具有“回声定位”的技术是难以相信的。直到1983年采用了电子测量器，才完完全全证实蝙蝠就是以发出超声波来定位的。但是这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮助了。 另一个事例是人们对于昆虫行为为时过晚的研究。在利奥那多·达·芬奇研究鸟类飞行造出第一个飞行器400年之后，人们经过长期反复的实践，终于在1903年发明了飞机，使人类实现了飞上天空的梦想。由于不断改进，30年后人们的飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，显示了人类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时，设计师又碰到了一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时，机翼发生有害的振动，飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许多试飞的飞行员因而丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。可是，昆虫早在三亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长期的进化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。假如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用，获得有益于解决颤振的设计思想，就可似避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，飞机设计师大有相见恨晚之感！ 以上这三个事例发人深省，也使人们受到了很大启发。早在地球上出现人类之前，各种生物已在大自然中生活了亿万年，在它们为生存而斗争的长期进化中，获得了与大自然相适应的能力。生物学的研究可以说明，生物在进化过程中形成的极其精确和完善的机制，使它们具备了适应内外环境变化的能力。生物界具有许多卓有成效的本领。如体内的生物合成、能量转换、信息的接受和传递、对外界的识别、导航、定向计算和综合等，显示出许多机器所不可比拟的优越之处。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干扰性实在令人惊叹不已。 【连接生物与技术的桥梁】 自从瓦特（James Watt，1736～1819）在1782年发明蒸汽机以后，人们在生产斗争中获得了强大的动力。在工业技术方面基本上解决了能量的转换、控制和利用等问题，从而引起了第一次工业革命，各式各样的机器如雨后春笋般的出现，工业技术的发展极大地扩大和增强了人的体能，使人们从繁重的体力劳动解脱出来。随着技术的发展，人们在蒸汽机以后又经历了电气时代并向自动化时代迈进。 20世纪40年代电子计算机的问世，更是给人类科学技术的宝库增添了可贵的财富，它以可靠和高效的本领处理着人们手头上数以万计的各种信息，使人们从汪洋大海般的数字、信息中解放出来，使用计算机和自动装置可以使人们在繁杂的生产工序面前变得轻松省力，它们准确地调整、控制着生产程序，使产品规格精确。但是，自动控制装置是按人们制定的固定程序进行工作的，这就使它的控制能力具有很大的局限性。自动装置对外界缺乏分析和进行灵活反应的能力，如果发生任何意外的情况，自动装置就要停止工作，甚至发生意外事故，这就是自动装置本身所具有的严重缺点。要克服这种缺点，无非是使机器各部件之间，机器与环境之间能够“通讯”，也就是使自动控制装置具有适应内外环境变化的能力。要解决这一难题，在工程技术中就要解决如何接受、转换。利用和控制信息的问题。因此，信息的利用和控制就成为工业技术发展的一个主要矛盾。如何解决这个矛盾呢？生物界给人类提供了有益的启示。 人类要从生物系统中获得启示，首先需要研究生物和技术装置是否存在着共同的特性。1940年出现的调节理论，将生物与机器在一般意义上进行对比。到1944年，一些科学家已经明确了机器和生物体内的通讯、自动控制与统计力学等一系列的问题上都是一致的。在这样的认识基础上，1947年，一个新的学科——控制论产生了。 控制论（Cybernetics)是从希腊文而来，原意是“掌舵人”。按照控制论的创始人之一维纳（Norbef Wiener,1894～1964)给予控制论的定义是“关于在动物和机器中控制和通讯”的科学。虽然这个定义过于简单，仅仅是维纳关于控制论经典著作的副题，但它直截了当地把人们对生物和机器的认识联系在了一起。 控制论的基本观点认为，动物（尤其是人）与机器（包括各种通讯、控制、计算的自动化装置）之间有一定的共体，也就是在它们具备的控制系统内有某些共同的规律。根据控制论研究表明，各种控制系统的控制过程都包含有信息的传递、变换与加工过程。控制系统工作的正常，取决于信息运 行过程的正常。所谓控制系统是指由被控制的对象及各种控制元件、部件、线路有机地结合成有一定控制功能的整体。从信息的观点来看，控制系统就是一部信息通道的网络或体系。机器与生物体内的控制系统有许多共同之处，于是人们对生物自动系统产生了极大的兴趣，并且采用物理学的、数学的甚至是技术的模型对生物系统开展进一步的研究。因此，控制理论成为联系生物学与工程技术的理论基础。成为沟通生物系统与技术系统的桥梁。 生物体和机器之间确实有很明显的相似之处，这些相似之处可以表现在对生物体研究的不同水平上。由简单的单细胞到复杂的器官系统（如神经系统）都存在着各种调节和自动控制的生理过程。我们可以把生物体看成是一种具有特殊能力的机器，和其它机器的不同就在于生物体还有适应外界环境和自我繁殖的能力。也可以把生物体比作一个自动化的工厂，它的各项功能都遵循着力学的定律；它的各种结构协调地进行工作；它们能对一定的信号和刺激作出定量的反应，而且能像自动控制一样，借助于专门的反馈联系组织以自我控制的方式进行自我调节。例如我们身体内恒定的体温、正常的血压、正常的血糖浓度等都是肌体内复杂的自控制系统进行调节的结果。控制论的产生和发展，为生物系统与技术系统的连接架起了桥梁，使许多工程人员自觉地向生物系统去寻求新的设计思想和原理。于是出现了这样一个趋势，工程师为了和生物学家在共同合作的工程技术领域中获得成果，就主动学习生物科学知识。 【仿生学的诞生】 随着生产的需要和科学技术的发展，从50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学——仿生学。 仿生学作为一门独立的学科，于1960年9月正式诞生。由美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地戴通召开了第一次仿生学会议。会议讨论的中心议题是“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”斯梯尔为新兴的科学命名为“Bionics”，希腊文的意思代表着研究生命系统功能的科学，1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。斯梯尔把仿生学定义为“模仿生物原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学”。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。 【仿生学的研究方法与内容】 仿生学是生物学、数学和工程技术学相互渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含义不仅显示出仿生学的组成，而且也概括表达了仿生学的研究途径。 仿生学的任务就是要研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。 仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有以下三个阶段： 首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题，将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，得到一个生物模型；第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析，并使其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿生中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复，才能使模拟出来的东西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果，使最终建成的机器设备将与生物原型不同，在某些方面甚上超过生物原型的能力。例如今天的飞机在许多方面都超过了鸟类的飞行能力，电子计算机在复杂的计算中要比人的计算能力迅速而可靠。 仿生学的基本研究方法使它在生物学的研究中表现出一个突出的特点，就是整体性。从仿生学的整体来看，它把生物看成是一个能与内外环境进行联系和控制的复杂系统。它的任务就是研究复杂系统内各部分之间的相互关系以及整个系统的行为和状态。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自我复制，它们与外界的联系是密不可分的。生物从环境中获得物质和能量，才能进行生长和繁殖；生物从环境中接受信息，不断地调整和综合，才能适应和进化。长期的进化过程使生物获得结构和功能的统一，局部与整体的协调与统一。仿生学要研究生物体与外界刺激（输入信息）之间的定量关系，即着重于数量关系的统一性，才能进行模拟。为达到此目的，采用任何局部的方法都不能获得满意的效果。因此，仿生学的研究方法必须着重于整体。 仿生学的研究内容是极其丰富多彩的，因为生物界本身就包含着成千上万的种类，它们具有各种优异的结构和功能供各行业来研究。自从仿生学问世以来的二十几年内，仿生学的研究得到迅速的发展，且取得了很大的成果。就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展，学科分支繁多，在仿生学中相应地开展对口的技术仿生研究。例如：航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；航空部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航；工程建筑对生物力学的模拟；无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟；计算机技术对于脑的模拟似及人工智能的研究等。在第一届仿生学会议上发表的比较典型的课题有：“人造神经元有什么特点”、“设计生物计算机中的问题”、“用机器识别图像”、“学习的机器”等。从中可以看出以电子仿生的研究比较广泛。仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究，即动物的感觉器官、神经元、神经系统的整体作用。以后在机械仿生和化学仿生方面的研究也随之开展起来，近些年又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等。 总之，仿生学的研究内容，从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科学高度综合和互相交叉、渗透的新时代，仿生学通过模拟的方法把对生命的研究和实践结合起来，同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其它学科的渗透和影响下，使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变；在内容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营养，加速科学的发展。闪此，仿生学的科研显示出无穷的生命力，它的发展和成就将为促进世界整体科学技术的发展做出巨大的贡献。 【仿生学的研究范围】 仿生学的研究范围主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。 ◇力学仿生，是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构，把人工海豚皮包敷在船舰外壳上，可减少航行揣流，提高航速； ◇分子仿生，是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫； ◇能量仿生，是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程； ◇信息与控制仿生，是研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如,根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上，并在此基础上构造出新型计算机。 模仿人类学习过程，制造出一种称为“感知机”的机器，它可以通过训练，改变元件之间联系的权重来进行学习，从而能实现模式识别。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。 某些文献中，把分子仿生与能量仿生的部分内容称为化学仿生，而把信息和控制仿生的部分内容称为神经仿生。 仿生学的范围很广，信息与控制仿生是一个主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面——生物模式识别的研究，大脑学习记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等——是仿生学研究的主攻方面。 控制与信息仿生和生物控制论关系密切。两者都研究生物系统中的控制和信息过程，都运用生物系统的模型。但前者的目的主要是构造实用人造硬件系统；而生物控制论则从控制论的一般原理，从技术科学的理论出发，为生物行为寻求解释。 最广泛地运用类比、模拟和模型方法是仿生学研究方法的突出特点。其目的不在于直接复制每一个细节，而是要理解生物系统的工作原理，以实现特定功能为中心目的。—般认为，在仿生学研究中存在下列三个相关的方面：生物原型、数学模型和硬件模型。前者是基础，后者是目的，而数学模型则是两者之间必不可少的桥梁。 由于生物系统的复杂性，搞清某种生物系统的机制需要相当长的研究周期，而且解决实际问题需要多学科长时间的密切协作，这是限制仿生学发展速度的主要原因。 【仿生学的现象】 苍蝇与宇宙飞船 令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。 苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。 每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。 仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。 这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。 从萤火虫到人工冷光 自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。 在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。 在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1 500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。 科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。 早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。 现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。 电鱼与伏特电池 自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种 。人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。 各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。 电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究， 终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同，所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中；电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。 电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。 水母的顺风耳 “燕子低飞行将雨，蝉鸣雨中天放晴。”生物的行为与天气的变化有一定关系。沿海渔民都知道，生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海，就预示着风暴即将来临。 水母，又叫海蜇，是一种古老的腔肠动物，早在5亿年前,它就漂浮在海洋里了。这种低等动物有预测风暴的本能，每当风暴来临前，它就游向大海避难去了。 原来，在蓝色的海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波 (频率为每秒8—13次)，总是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到，小小的水母却很敏感。仿生学家发现，水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄，柄上有个小球，球内有块小小的听石，当风暴前的次声波冲击水母耳中的听石时，听石就剌激球壁上的神经感受器，于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。 仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上，当接受到风暴的次声波时，可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向，就是风暴前进的方向；指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。 你知道避孕套最早是谁发明的吗？你了解节育环的最早是从动物身上得到启发吗？……各类避孕药具的发明，发展，其中的趣味性，你将第一次从本片中愉快地体验到。 本片介绍了近年来上市和即将上市的最新避孕药具共七大类近廿个品种，其中有进口的，有三资企业生产的，也有国内产家研制生产的，众多的避孕药具及其使用方法，实为你“知情选择”的良师益友。 本片介绍的药具既有过去的产品演变发展而来，也有新创的；其卓越的性能特点和适用性，望仔细了解；其详细的使用方法，望认真学习，如此，你夫妻性生活的质量将上一个新台阶。 宫内节育器、口服避孕药、外用避孕药、阴道避孕药、避孕套、注射避孕药、皮下埋植
作文本课论文开题报告可行性的分析，可以简单从相关专业知识学习、目前研究成果以及教师的给与的指导等方面进行概述，下面给出一些具体的模板，供你参考：模板1：在进行正式写作之前的半年前开始，一方面查阅文献，一方面在所研究的企业实地跟拍一天，并积累了若干访问记录。目前已初步获得了较系统的企业第一手资料，并系统熟悉了相关基础理论、系统收集了相关重要文献。研究工作的技术路线已与导师讨论完毕，获得导师认可。模板2：（1）有指导老师在理论研究，组织文章逻辑等方面指导；（2）可在图书馆借到相关的参考书籍，（3）通过图书馆的数字资源库查询到大量相关的文献作为强大的理论支撑；（4）可靠性强的实际调查，能有力支持论述经过。落实措施：（1）结合中国知网、万方、维普等学术型专业网站，查阅，收集相关资料，对论文题目和范围有总体把握；（2）上网查询云南省茶叶出口贸易的相关数据信息，以及政府关于云南省茶叶出口贸易的各项政策，为本文的研究提供数据支撑；（3）由指导老师进行指导；模板3：在进行论文写作之前已经对于相关的理论研究进行了搜集与整理，获得了相关的理论基础，对于货运量的预测方法和布局规划的相关理论知识已经基本掌握。另外，本文获得郑州铁路物流基地建设的相关文件，能够为论文写作充实资料，掌握了一部分的数据能够为论文写作提供支撑。模板4：（1）本课四年的专业学习为论文写作提供了基础；（2）知网、万方、图书馆有高中语文教材中悲剧女性形象的相关文献可以查询；（3）虚心向指导老师请教，遇到问题可以及时向指导老师寻求帮助，同时笔者对于教材中悲剧女性形象问题比较关注，是论文完成的保障。上文我结合有些题目给出了论文开题报告中可行性分析的一些模板内容，在写这部分内容时，可以运用上文的模板，并结合自己的选题，在模板的基础上进行补充、完善即可。
内容摘要：随着全社会环境保护意识的不断增强，“绿色贸易壁垒”逐渐形成并对我国农产品出口造成很大影响。本文对我国农产品出口遭受绿色贸易壁垒阻碍的原因进行了分析与综合，在此基础上提出了一些政策建议，旨在降低绿色贸易壁垒对现行我国农业的不利影响并推动我国农业朝着可持续性的绿色农业方向发展。关键词：绿色贸易壁垒 环境保护 农产品 出口我国农产品出口屡遭绿色壁垒阻碍随着整个社会环境保护意识的不断增强，国际间的农产品贸易已成为各类环保规则及标准所涉及的主要领域。一个例子就是WTO框架下的《贸易技术壁垒协议》及《实施卫生与植物卫生措施协议》规定成员国政府有权采取适当措施，确保人畜食物免遭污染物、毒素、添加剂影响，确保人类健康免遭进口动植物所携疾病的损害。这些例外条款赋予成员国根据本国环保水平制定对本国产品和进口品同时生效的环保标准的权力。这些制度层面的变化客观地支持了绿色贸易壁垒的形成。绿色贸易壁垒是指各世贸组织成员为保护环境和国民健康，对进出口商品制定的技术、安全和卫生标准。但须遵循两个原则：非歧视性原则；对发展中国家成员设立这些措施时应予特殊考虑。在此基础上，世贸组织对于“正当绿色贸易壁垒”予以肯定。然而，由于各国经济发展的不平衡，且对所谓“正当绿色贸易壁垒”并无规范和公正的评判标准，这一权力不可避免地被许多进口国滥用。农产品的生产、加工、运输、销售到最后的消费都与环保问题息息相关，绿色贸易壁垒必然对农业生产和农产品贸易产生重大影响。一般说来，绿色贸易壁垒只对发展中国家起作用。发达国的经济基础好、技术水平高、环保意识强，环保标准比较严格，而发展中国家经济基础薄弱，生产技术落后，环保水平和环保标准在短期内无法与发达国相比。为了竞争的需要，发达国家常常制定过分苛刻的环保标准。绿色贸易壁垒成为发达国家利用世贸组织协议下允许的游戏规则限制进口、保护国内市场的不公平竞争手段。其结果是发达国家的农产品能顺利进入发展中国家的市场，而发展中国家的农产品往往因难以达到发达国家的环保标准而被拒之于发达国家之外。我国是一个发展中的农业大国，农业生产的环保水平还比较低，农产品的生产和加工方法及过程、包装贮运、产品成分及性能等与先进国家相比都有较大差距。因此我国是受绿色贸易壁垒影响较大的国家。据联合国统计，2002年我国约有包括农产品在内的价值74亿美元的出口商品因绿色贸易壁垒受阻。以养蜂业为例，我国是世界蜂业大国，蜂蜜产量和出口量均居世界第一。但今年年初，欧盟以我国蜂蜜所含氯霉素等抗生素超标为由，中止进口中国蜂蜜。欧盟国家的许多商场陆续将中国产蜂蜜撤下柜台，停止出售；已运抵欧盟国家的中国蜂蜜被执行退运。欧盟甚至全面禁止进口中国的动物源性食品和水海产品。另外，中国成为受到美国“绿色贸易壁垒”限制进口最多的国家，甚至一些发展中国家也对我国的许多农产品实施了绿色贸易壁垒。绿色贸易壁垒给我国农产品出口带来了巨大损失，严重削弱了我国出口企业的国际市场竞争力。因此，合理应对国际贸易中日益苛刻的绿色贸易壁垒，是走出我国农产品出口困境和推动农业可持续发展迫切要求。我国农产品出口受绿色壁垒阻碍的成因分析客观地分析，我国农产品出口所陷绿色贸易壁垒困境，其原因来之两个方面，一方面是竞争压力下产生的贸易保护主义；另一方面则来自于我们自身。外部因素世贸组织中许多有关环境保护的协议和规则，缺乏规范性和统一性，存在诸多漏洞，争端解决机制不完善，例外规则滋生机会主义行为。如关于食品卫生安全的规定就比较模糊。在国际贸易保护主义抬头的形势下，一些国家把这些并不完善的规则当作制定歧视性政策的依据，为限制进口的手段带上合理合法的面具。在WTO目前的框架下，缺乏应有的双边或多边的非正式的协调沟通机制，一旦出现某种变化，进口国往往无法及时采取补救措施而遭受巨大损失。如青岛海关2002年1至3月被退运冻鸡吨，就是因为进口国实行了新的检疫标准。内部因素我国环境标准与国际标准相比过低，缺乏一套统一的环境认证体系。在现有的19278项国家标准中，采用国际标准和国外先进标准的不足50%，高新技术标准严重缺乏。此外，国外在产品研发阶段就已开始制定标准，而我国的标准制定却存在滞后期，周期也长。国内较低的环保标准和落后的环保贸易法律体系，使得我国在应对绿色贸易壁垒方面陷于被动地位。农产品外贸体制不完善。改革开放后，国有外贸公司进出口专营的垄断局面被打破，但我国农产品出口还没有建立起行之有效的体制。通常的做法是，拥有进出口权的贸易公司通过收购或者事先签订的订单从农村获得货源，经过进一步的加工和包装，然后出口。其弊端是生产与出口主体分离，负责生产的管不到出口，负责出口的也难以参与生产。这种分离造成了主体利益的不一致性，致使交易双方掌握的信息不对称和机会主义行为的滋生。缺乏服务于农产品生产、销售的中介组织，造成农产品市场信息无法及时获取、传递和扩散。经常出现某家企业在遭遇绿色壁垒后的一段较长时间内，国内其他企业重蹈覆辙的现象。如2002年欧盟禁止进口我国动物源性食品，由于信息不畅，企业各自为战，以至接二连三地遭遇退运，损失惨重。土地联产承包经营责任制作为一项产权制度安排，在改革开放初期，曾极大地调动了农民生产的积极性，使农业生产得到迅速发展。然而随着我国生产力的不断提高，经济环境发生很大变化，其弊端也逐步显示出来。联产承包责任制对农产品出口的最大障碍就是其生产分散性。这种以家庭为单位的分散生产方式缺乏协调统一性。如造成病虫害防治的不同步性，导致防治的不彻底，从而增加农药喷洒的次数和数量，使得我国农产品的农药残存量超标。缺乏规模经济效应以及农业投入不足，难以生产出高标准的绿色环保产品。农产品生产的税收和财政制度不完善。如当前农业补贴采取的常用方式是直接把补贴款交到农民手里，其实施效果与目的产生了偏差。对农户来说，人均分得少量的补贴款并不能对其生产带来多大的支持，农户更缺乏的是技术，更急需的是市场。因此，在税收和财政补贴上，应该向从事农业一体化生产和经营的企业及中间组织倾斜，向绿色产品生产企业和农户倾斜，对从事农业技术研究和绿色无公害产品开发的机构给予财政支持。目前我国对农业科研投入和农业技术推广的财政支持很少。据统计，1996年我国政府对农业科研投资强度不及发达国家平均数()的1/10，也不及30个最低收入国家简单平均数()的1/3，大大低于印度、墨西哥等发展中国家。对绿色技术研发和绿色产品生产缺乏金融支持。二元经济下的农村金融制度不完善导致大量资金通过金融系统流出农业部门，据国务院发展研究中心课题组推算，1979－2000年，通过农村信用社和邮政储蓄的金融资金净流出量为10334亿元。其中农村信用社净流出8722亿元，邮政储蓄净流出1612亿元。从事绿色产品开发和生产的中小民营企业缺乏抵押资产，很难获得信用贷款；就直接融资来看，我国资本市场不完善，从事绿色技术研发的投资的风险资金也没有退出的渠道，限制了绿色产品研发的风险资金投入。跨越农产品绿色贸易壁垒的政策建议以上笔者从国际贸易规则、环保标准、外贸体制、中间组织、农业土地制度及财政金融制度等方面，对我国农产品出口遭遇绿色关税壁垒的原因进行了分析。笔者认为：针对内因转变传统的农业生产模式，将农业生产导入绿色农业的轨道。中央政府和地方政府应起主导作用，对不利于环境保护的农业生产实施收缩战略；对符合环保潮流，采用新型先进的环保生产技术的生产进行大力扶持。我国入世后，在绿色农产品生产方面进行了初步尝试，取得了良好的效果。据不完全统计，目前我国的绿色食品生产总量达到1000多万吨，基地4000多万亩，产值100多亿元，这些绿色食品的出口还没有被退回的案例。 在农产品生产、加工、包装和运输过程中推行全程质量控制技术，建立农产品质量监督检验测试体系，建立与国际质量标准接轨的农业质量标准体系。改革农产品外贸体制，进一步扩大农产品生产企业进出口经营权，大力发展农业产业化经营，使出口企业能够从生产、加工到包装、销售等各个环节，控制农产品的质量和环保标准。建立和完善行业协会、农产品出口商会等中介组织，通过它们反映企业的要求和问题，收集企业所需的信息，使之成为农产品出口绿色标准、技术成果等相关信息交流和发布的平台。此外中介组织还应协调行业内企业之间关系，以民间组织角色与国外有关部门交涉和协商，为行业会员提供优良服务。改革农村土地制度。包括重新构造农地产权制度，明晰土地产权；建立承包土地社会保障制度，保障农民的根本利益；建立土地使用权流转制度，实现农业的规模化、产业化经营。通过税收优惠和财政补贴以及金融支持来增加农业投入。完善农村财政金融制度，对绿色农产品生产农户、绿色农业经营企业、绿色农业技术开发单位增加财政补贴并实行税收减免；通过农村信用合作社、农业发展银行对其进行信贷支持；鼓励和扶持有潜力的绿色农业经营企业通过二板市场上市，从资本市场获取资金支持。针对外因按照世贸组织《卫生与植物卫生措施协议》，迅速设立我国的“绿色贸易壁垒”，建立和完善国内环保贸易法律体制。同时，积极推行ISO14000环境管理新体系。引入ISO14000系列国际环境标准，以规范企业等组织行为，达到节省资源，减少环境污染，改善环境质量，促进农产品出口和经济持续健康发展的目的。积极参与国际间的绿色贸易规则的制订及建立同外国贸易管理部门的信息沟通机制。政府应积极开展“环境外交”，参与国际环境公约和国家多边协定中环境条款的谈判。在国际的多边贸易组织中，充分发挥贸易大国的作用，加强与发展中国家的协调与合作，制定一些有利于发展中国家或发展中国家能承受的国际环保标准，或者在一些国际标准中附加保护发展中国家在国际贸易中免受发达国家歧视的保障条款。积极与他国交涉协商，争取建立有效的双边或多边的非正式协调沟通机制，使我国可以及早获得进口国的新环保标准，及时通报相关企业和出口商采取补救措施，并且估计本国所受影响程度以及达到新标准的能力的速度，与进口国进行协商谈判，争取有利于我国的实施标准和时间安排。
希望回答能帮到你，以下是范例：开题报告是指开题者对科研课题的一种文字说明材料。这是一种新的应用文体，这种文字体裁是随着现代科学研究活动计划性的增强和科研选题程序化管理的需要应运而生的。开题报告一般为表格式，它把要报告的每一项内容转换成相应的栏目，这样做，既便于开题报告按目填写，避免遗漏；又便于评审者一目了然，把握要点。开题报告包括综述、关键技术、可行性分析和时间安排等四个方面 。开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。由于开题报告是用文字体现的论文总构想,因而篇幅不必过大,但要把计划研究的课题、如何研究、理论适用等主要问题。开题报告的总述部分应首先提出选题,并简明扼要地说明该选题的目的、目前相关课题研究情况、理论适用、研究方法。开题报告是由选题者把自己所选的课题的概况(即"开题报告内容")，向有关专家、学者、科技人员进行陈述。然后由他们对科研课题进行评议。亦可采用"德尔菲法"评分；再由科研管理部门综合评议的意见，确定是否批准这一选题。开题报告的内容大致如下：课题名称、承担单位、课题负责人、起止年限、报名提纲。报名提纲包括：(1)课题的目的、意义、国内外研究概况和有关文献资料的主要观点与结论；(2)研究对象、研究内容、各项有关指标、主要研究方法(包括是否已进行试验性研究)；(3)大致的进度安排；(4)准备工作的情况和目前已具备的条件(包括人员、仪器、设备等)；(5)尚需增添的主要设备和仪器(用途、名称、规格、型号、数量、价格等)；(6)经费概算；(7)预期研究结果；(8)承担单位和主要协作单位、及人员分工等。同行评议，着重是从选题的依据、意义和技术可行性上做出判断。即从科学技术本身为决策提供必要的依据。开题报告的格式(通用)由于开题报告是用文字体现的论文总构想，因而篇幅不必过大，但要把计划研究的课题、如何研究、理论适用等主要问题说清楚，应包含两个部分：总述、提纲。1 总述开题报告的总述部分应首先提出选题，并简明扼要地说明该选题的目的、目前相关课题研究情况、理论适用、研究方法、必要的数据等等。2 提纲开题报告包含的论文提纲可以是粗线条的，是一个研究构想的基本框架。可采用整句式或整段式提纲形式。在开题阶段，提纲的目的是让人清楚论文的基本框架，没有必要像论文目录那样详细。3 参考文献开题报告中应包括相关参考文献的目录4 要求开题报告应有封面页，总页数应不少于4页。版面格式应符合以下规定。开 题 报 告学 生：一、 选题意义1、 理论意义2、 现实意义二、 论文综述1、 理论的渊源及演进过程2、 国外有关研究的综述3、 国内研究的综述4、 本人对以上综述的评价三、 论文提纲前言、一、1、2、3、··· ···二、1、2、3、··· ···三、1、2、3、结论四、论文写作进度安排毕业论文开题报告提纲一、开题报告封面：论文题目、系别、专业、年级、姓名、导师二、目的意义和国内外研究概况三、论文的理论依据、研究方法、研究内容四、研究条件和可能存在的问题五、预期的结果六、进度安排 或是这样同样是可以的开题报告是指开题者对科研课题的一种文字说明材料。这是一种新的应用写作文体，这种文字体裁是随着现代科学研究活动计划性的增强和科研选题程序化管理的需要应运而生的。开题报告是由选题者把自己所选的课题的概况(即"开题报告内容")，向有关专家、学者、科技人员进行陈述。 由于开题报告是用文字体现的论文总构想,因而篇幅不必过大,但要把计划研究的课题、如何研究、理论适用等主要问题。 开题报告的总述部分应首先提出选题,并简明扼要地说明该选题的目的、目前相关课题研究情况、理论适用、研究方法。一、论文开题报告名称 开题报告名称就是开题报告名字。这看起来似乎是个小问题，但实际上很多人写专题名称时，往往写得不准确、不恰当，从而影响整个开题报告的形象与质量。那么，如何给开题报告起名称呢? (1) 名称要准确、规范。 (2) 名称要简洁，不能太长。二、如何写论文开题报告1.论文开题报告的前提——通过理论思维选择课题那么如何选择研究问题呢？这里要强调的是通过理论思维来发现研究问题。 首先，理论是由一系列前设和术语构造的逻辑体系，特定领域的理论有其特定的概念、范畴和研究范式，只有在相同的概念、视角和范式下，理论才能够对话。只有通过对话，理论才能够发展。其次，选择问题是一个“剥皮”的过程，理论问题总是深深地隐藏在复杂的现实背后，而发现理论问题，则需要运用理论思维的能力。这就需要我们不断锻炼和提高自己的理论思维能力，需要在日常的学习中，不断总结和分析以往的研究者大体是从哪些视角来分析和研究问题。2.做好文献综述，为论文开题报告打好基础文献综述的基本内容包括:国内外现状;研究方向;进展情况;存在问题;参考依据。这是对学术观点和理论方法的整理。同时，文献综述还是评论性的，因此要带着作者本人批判的眼光来归纳和评论文献，而不仅仅是相关领域学术研究的“堆砌”。 要想写好论文开题报告，必须认真研读文献，对所研究的课题有个初步的了解，知道别人都做了哪些工作，哪些方面可以作为自己研究的切入点，因此，文献调研的深入和全面程度，会相当程度地影响论文开题报告的质量，是学生充分发挥主观能动性的客观基础。三、开题报告格式 由于开题报告是用文字体现的论文总构想，因而篇幅不必过大，但要把计划研究的课题、如何研究、理论适用等主要问题说清楚，应包含两个部分：总述、提纲。 1 总述开题报告的总述部分应首先提出选题，并简明扼要地说明该选题的目的、目前相关课题研究情况、理论适用、研究方法、必要的数据等等。2 提纲开题报告包含的论文提纲可以是粗线条的，是一个研究构想的基本框架。可采用整句式或整段式提纲形式。在开题阶段，提纲的目的是让人清楚论文的基本框架，没有必要像论文目录那样详细。3 参考文献开题报告中应包括相关参考文献的目录4 要求开题报告应有封面页，总页数应不少于4页。
论文开题报告基本要素
各部分撰写内容
摘要是对论文提纲的总结，通常不超过1或2页，摘要包含以下内容：
目录应该列出所有带有页码的标题和副标题， 副标题应缩进。
这部分应该从宏观的角度来解释研究背景，缩小研究问题的范围，适当列出相关的参考文献。
这一部分不只是你已经阅读过的相关文献的总结摘要，而是必须对其进行批判性评论，并能够将这些文献与你提出的研究联系起来。
这部分应该告诉读者你想在研究中发现什么。在这部分明确地陈述你的研究问题和假设。在大多数情况下，主要研究问题应该足够广泛，而次要研究问题和假设则更具体，每个问题都应该侧重于研究的某个方面。
生物化学课理论课程具有抽象难懂、反应复杂等特点。下面是我为大家整理的生物化学论文，供大家参考。
食品生物化学高效 教学 方法 探索
生物化学论文摘要
摘要 总结 了食品生物化学的高效教学方法，包括：突出专业特点，合理设置教学内容;跟踪科学发展，及时更新教学材料;增强师生互动，使用新型教学模式;提高学习兴趣，注重理论联系实际，提高授课效率，合理利用计算机和网络资源等，以供参考。
生物化学论文内容
关键词食品生物化学;高效;教学方法
中图分类号G642文献标识码A 文章 编号 1007-5739(2011)01-0027-02
生物化学是生命科学相关领域一门重要的学科基础课。它是运用化学的原理、技术和方法，结合其他学科的原理与技术来研究生命现象的科学。其课程设置的任务是培养学生用辩证的观点正确认识生命现象的本质，使学生系统地学习现代生物化学的基本理论、基本知识和掌握生物化学的基本实验技术。相对而言，食品生物化学是一门研究人与食品化学变化关系的科学，其主要研究：生物体基本成分组成、结构、性质和功能;作为食品成分的相关物质在加工、贮存等条件下的变化;食品在人体中的代谢及营养功能;食品的化学组成及结构;加工过程对食品的影响等。这门课程是食品加工、食品质量与安全、食品检验等专业必修的一门专业基础课，是各专业的主干课程之一。该课程在加强基础理论的同时强调基本技能的训练，以培养学生分析、解决问题的能力，对食品专业学生学习后续专业课程以及将来从事食品加工和贮存等方面的研究有非常重要的影响[1]。笔者通过多年的教学研究和实践，探索出了一些行之有效的教学方法，现分析如下，以供同行借鉴。
1突出专业特点，合理设置教学内容
生物化学是一门涉及知识面广、研究相当深入的科学。这门课程的学习对生物技术和生物科学专业的学生来说是个很大的挑战，而食品科学相关专业学生的生物科学相关基础更十分薄弱，其学习难度更为明显[2]。考虑到这些因素，食品生物化学的课程体系设置必须兼顾生命科学前导、生物化学基础和食品科学特色3个方面。没有前导知识，就使得学生难以接受新学科;忽视生化基础，就失去了课程根基;缺少食品科学特色，就偏离了教学目的。综合以上因素，笔者将食品生物化学理论课的总学时设置为50学时。包括绪论、碳水化合物、脂类、蛋白质、核酸化学、维生素与激素、食品色素、酶、物质代谢、能量代谢、食品成分的变化等。通过对这些章节的合理安排，基本达到了知识系统、特色突出、易吸引学生兴趣的要求，教学效果良好。
2跟踪科学发展，及时更新教学材料
生物化学一直是生命科学研究的领头羊，大多数生命科学的重大进展都属于生物化学或者以该领域为基础。本着“以人为本”的科研理念，食品生物化学的发展日新月异，已成为生物化学的一个重要分支。但新出版的教材中，最新的内容来源也是2年以前的文献，学生使用的多数为近1~2年以前出版的教材或版本。这些内容在学生实际应用时显得过于陈旧，甚至有些在实践中已经证明是错误的。因此，高校教师必须及时更新教学材料，这就需要教师努力参与科学研究、积极参加国内外有关科研或教研会议、经常去中外文数据库查阅相关文献。教师在课堂上可讲授食品生物化学研究中的新进展，同时将所讲授的内容按章节分别整理、装订，并分发给学生，以方便学生的学习。
3增强师生互动，使用新型教学模式
在我国，“教师讲，学生听”是十分传统而普遍的教学模式。但这种教学模式有着很大的弊端，造成学生“课前不预习、上课不积极、课后不复习、考前搞突击”。近些年，我国许多高校教师开始尝试提高学生主动性的主体性教学模式[3]。作者在食品生物化学的教学过程中设计并实践了这种模式，认为在模式的具体实施中应遵循3个“根据”：根据学生兴趣选择适当章节、根据学生班级大小选择实施方式、根据实际情况选择实施学时。学生的 爱好 和基础有所差异，因此在实施主体性教学时应允许学生自主选择该小组喜欢的章节。在高校，小班可能是30人左右，也可能在100人以上，针对不同的上课人数应该选择不同的实施方式。此外，考虑到我国学生的实际情况，不应该把所有课时都选择主体性模式，应该根据学生的反馈情况等适当调整课时数。
4提高学习兴趣，注意理论联系实际
食品生物化学教材中充满了概念、原理、过程和反应式等，是一门十分枯燥的课程，学生很难连续集中注意力。可将理论与实际相联系，将学生的注意力拉回课堂。例如，在讲授基因的表达调控时，可以提及“鸟类是恐龙的后裔，其外形的差异是由于恐龙的部分基因为适应环境的变化而被沉默，人类有望从改变鸟类的基因表达入手克隆出恐龙”;在讲授蛋白质定量方法时，可以联系“三聚氰胺奶粉事件”;在讲授酶时，可以联系不法牛奶厂家为逃避有关部门对其进行的青霉素超标检测，在牛奶中添加β-内酰胺酶等，这样可以有效地活跃课堂气氛并适当放松学生的紧张情绪。但是应当注意的是，要合理把握每堂课联系实际的次数和时间，不可影响课程进度和打乱课堂节奏。
5提高授课效率，合理利用 计算机和 网络资源
近些年来，计算机和互联网技术飞速 发展，科学技术已逐渐改变了人们的 工作和交流方式。计算机和其他硬件设备一起已经发展成为一种集视频、声音、文字、数据和通讯为一体的多媒体工具[4]。食品生物化学的大部分内容是从分子及亚分子层面来解析科学的奥秘，其中牵涉到大量的分子结构、化学反应、代谢过程;另一方面，这门课程的知识点多、内容抽象，若采用传统的黑板教学，对教师来说费时、费力，对学生来说则是难理解、难记录。相对而言，计算机多媒体教学具有如下优势：信息量大，直观生动，方便修改和完善等。但是在教学过程中要注意加强和学生的交流，适当掌握课堂节奏，幻灯片不可过于花哨，字数不可过多，注意与板书相结合等。
6从结果 体会抽象，重视学生实验环节
生物化学是一门十分抽象的课程。人类对生物化学研究对象的认识主要是通过科学实验来获得间接认识。针对学生开展的系统的实验课程，不 但可以使空泛的理论落到实处，而且可以培养学生的实际操作能力和科学创新能力[5]。根据河南 农业大学的实际，笔者为学生安排的实验包括：醋酸纤维薄膜电泳分离核苷酸、菜花(花椰菜)中DNA的提取分离，甲醛滴定法测定氨基氮，蛋白质的盐析和透析，蛋白质等电点的测定，脂肪酸价的测定，抗坏血酸含量的测定，用阳离子交换树脂摄取氯化钠，食品中灰分的测定等内容。
7综合考察学习情况，建立复合型考核体系
课程结束后的考核是教师对学生学习情况的一种评估。我国传统的考核方式一般是试卷式的笔试[6]。笔者认为针对食品生物化学这门课程，应当使用复合型的考核模式，需考虑如下几个方面：对知识点的识记情况、对知识的灵活运用与分析能力、对实验操作的掌握情况以及课堂表现等。根据这个标准并结合学校要求，笔者确定课程最终成绩的计算方法，即在总成绩中，平时成绩占30%，笔试成绩占70%。平时成绩的计分项包括：学生的出勤情况、课堂答问情况、实验操作和实验 报告 等;笔试成绩的计分项包括：结课后学生上交的学习 总结和试卷。这种考核方式以考核学生对知识的掌握为基础，综合学生多个方面的能力和表现，相对公平和公正，能够较为客观地反映学生对课程内容的掌握情况。
生物化学论文文献
[1] 赖建平，顾采琴，罗军，等.高校《食品生物化学》教学现状调查分析与思考[J].广州化工，2009，37(1)：145-146.
[2] 管骁，徐斐，李岱禧，等.食品专业生物化学教学工作中的创新与 实践[J].科技信息，2009(4)：326，328.
[3] 林鹏.《生物化学》互动式课堂教学模式的探索与实践[J].高教论坛，2008(6)：125-127.
[4] 张平平.食品生物化学多媒体课件的制作和教学中的几点体会[J].天津农学院学报，2007，14(2)：58-60.
[5] 罗建平，周建芹，姜绍通，等.改革生物化学实验教学提高学生动手能力[J].实验技术与 管理，2003，20(4)：101-104.
[6] 曾虹燕，刘跃进，张小云，等.构建工科生物化学教学体系的探索与实践[J].湘潭师范学院学报：自然科学版，2008，30(4)：173-175.
生物化学教学法新探
生物化学论文摘要
【摘 要】本文对生物化学教学方法进行了研究，研究结果表明，应用“中西结合”的方法，比较中医和生物化学两者之间的异同，可以激发学生的学习兴趣;运用先进的多媒体技术，可以帮助学生形象直观地掌握课程的重难点，并激发学生的 想象力 。
生物化学论文内容
【关键词】生物化学 教学方法 比较法 多媒体辅助教学法
【中图分类号】G712 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2011)12-0178-02
随着职业 教育 规模的不断扩大，导致一些职业学校出现学生基础参差不齐的现象。又由于生物化学主要是从分子水平揭示生命活动的规律，涉及的概念较抽象，分子结构较复杂且代谢途径错综交织，所以，学生往往觉得学习内容多而琐碎、学习难度较大。为了全面提高学生的综合素质，针对生物化学复杂且抽象的特点，确定了以“学生为主体，教师为主导”的教学模式，在此基础上，应用“中西结合”的方法，提高学生的学习兴趣;运用先进的多媒体技术，将抽象的基本概念用形象直观的形式表现出来，使学生能在短时间内掌握课程中较抽象的基本概念。
一 以比较法为基础，通过比较中医和生物化学两者之间的异同，激发学生的学习兴趣
中医有数千年的历史，是中华民族在长期的生产与生活实践中，认识生命、维护健康、战胜疾病的宝贵 经验 总结，是中国 传统 文化 的结晶。中医在长期的医疗实践中积累了丰富的防治疾病的经验，并在此基础上形成了独特的理论体系。中医属于自然科学的范畴，人们在生活中或多或少地接触到中医的有关知识，耳濡目染，对中医并不陌生。因此，在教学过程中，首先引入中医医疗常识，这些知识通俗易懂，学生易于接受。通过学生喜闻乐见的中医知识过渡到抽象的生物化学知识，这给老师引入新内容带来很大的帮助。按照生物化学这门课程的安排，可以从以下几个方面入手：
1.生物体组成的比较教法
中医认为，气、血、津、液是人体脏腑经络、形体官窍进行生理活动的物质基础，是构成人体和维持人体生命活动的基本物质。而生物化学认为蛋白质、核酸等生物大分子才是构成人体的基本物质，是生物体区别于自然界的标志。为什么会出现如此大的差异呢?因为中医是古人通过对人体自身的某些显而易见且至关重要的生命现象，如呼吸时气的出入、活动时随汗而出的蒸蒸热气等观察，产生对这些物质朴素而直观的认识。生物化学则不同，它是在科学的基础上，通过对自然界中约150多万种生物体的主要构成分析，得出蛋白质和核酸是生命的主要物质基础的精确科学理论，而且也通过对蛋白质和核酸的空间结构分析，揭示了这些大分子的结构与功能的关系，在生命活动过程中起着十分重要的作用。如催化代谢反应的酶，对代谢起调节作用的某些激素，具有免疫作用的抗体等都是蛋白质。此外，躯体的运动、肠蠕动、心肌的收缩、呼吸运动、体内某些物质的运输与储存、血液凝固、遗传信息的调控、细胞膜的通透性以及高等动物的记忆、识别功能等都与蛋白质有关。核酸则是遗传的物质基础，与遗传信息的储存、传递及表达有关，而体内蛋白质的生物合成则受核酸控制。核酸的代谢及功能的发挥又需要蛋白质的参加，所以，核酸代谢与蛋白质的生物合成密切相关。核酸代谢和蛋白质的生物合成与生物的生长、繁殖、遗传、变异等生命现象的基本过程有关。所以对其深入研究，对了解机体的免疫现象及免疫性疾病、病毒性疾病、放射病、遗传病、肿瘤、抗生素及某些药物的作用机制等有重要意义。
2.代谢方面的比较教法
中医认为，人体是以五脏为中心的整体，气、血、津、液是构成人体的基本物质，是脏腑经络等组织器官进行生理活动的物质基础，经络是运行气血，沟通表里上下的通道，六淫七情影响人体机能引起疾病。但中医的肺、脾、肾为主的水液代谢理论不能解释尿的浓缩和重吸收机制，不能反映人体代谢过程中的酸碱平衡。而生物化学能解释糖、脂类、蛋白质和核酸等物质的代谢及水、酸碱平衡的代谢，解释了尿的浓缩和重吸收机制，并且能解释各物质代谢的相互联系及调控，它们之间并非杂乱无章，而是井然有序地进行，以适应生理状态的变化，形成一整套复杂且精确的调节机制，使它们保持着动态平衡，保证了生命活动的正常进行。物质代谢的调节与生理需要保持一致的能力是在生物进化过程中逐步形成的。如果物质代谢调节发生紊乱，就会导致疾病。
3.遗传方面的比较教法
中医认为，子女是由父母的肾精决定，肾精是构成胚胎的原始物质。古人通过对生殖繁衍过程的观察和体验，认识到男女生殖之精的相结合则能产生一个新的生命个体。而生物化学则科学地论证了“种瓜得瓜，种豆得豆”及“一母生九子，九子各不同”的遗传变异经验。因为它是从蛋白质的生物合成遵循的“分子生物学的中心法则”，即DNA的复制、转录、翻译及蛋白质的合成来解释的。DNA的复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA，将遗传信息按照碱基 配对 的原则准确地传递到子代DNA分子中。转录是以DNA分子为模板，合成与DNA某段碱基排列顺序互补的RNA分子，从而将遗传信息传递到RNA分子。翻译是以mRNA为模板，以其密码指导蛋白质生物合成。这些都精确地解释了遗传这一深奥而又复杂的自然现象。
通过以上方面的比较，让学生懂得中医和现代科学理论之间的差异，知道中医的理论是由当时的认识水平决定的，层次较低，而且其中许多随着科学和医学的发展大多已过时而不再有意义，是旧事物。而生物化学理论是建立在观察和科学实验的基础上，符合客观规律，是新事物。我们应该努力学好本课程，用新的知识来发掘中医有价值的东西，让几千年来的民族璀璨更加发光发亮，否则，我们就会落伍，这也是新一代青年肩负的重担。有了压力才有动力，从而消除学生的畏难情绪，有效地激发学生的学习兴趣及求知欲望。
二 利用多媒体辅助教学让知识“动”起来
学生学习生物化学反映的普遍问题是：生物化学内容太复杂、太抽象、太枯燥，老师费尽心思地讲解，到头来学生还是困惑不已，效果很差。有时培养起来的学习兴趣又由于某个抽象概念出现，而使得学生的学习兴趣消失殆尽。近年来，随着多媒体课件的普遍 应用， 计算机辅助教学已在改变着传统教学的统一模式。利用多媒体辅助教学，图文并茂，能将单一的文字转化成生动和多彩的画面，有逼真的三维图像和动画效果，使抽象的知识“动”起来。通过多媒体辅助教学，可以最大限度地展示生物分子的立体结构和化学变化 过程，给予学生多种感官刺激，变抽象为直观、变复杂为简明、变枯燥为生动活泼。这种教法可帮助学生形象直观地掌握课程的重难点，并激发学生的想象力。充分发挥学生的学习积极性和创造性，提高学生的学习效率，改变学生“背多分”的状况。
生物化学论文文献
[1]孙广仁主编.中国传统 医学丛书.中医基础理论[M].北京：科学出版社，1994
[2]马如骏主编.生物化学(第三版)[M].北京：人民卫生出版社，2007
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在初中教学,特别是理科教学中,初中生物教学具有重要的意义,是教学整体重要的组成部分。下面是我为大家整理的初二生物教学小论文，供大家参考。
摘要：
总之，在新课程改革背景下，教师要不断创新教学方法，转变教学理念，充分认识到初中生物教学的重要性，制定切实可行的教学目标，通过实践教学和多媒体教学提高学生的实际操作能力，激发学生的学习兴趣和探究意识，从而达到提高初中生物教学质量的目的，促进学生的全面发展。
关键词：初中生物;质量措施
一、提高初中生物教学质量的措施
一制定切实可行的教学目标
在新课程改革背景下，教师要深刻领会新课程标准的精神实质，按照新课程标准的要求制定切合实际的教学目标。初中生物新课程标准是教师开展生物教学的依据，在教学中，教师要灵活运用，使其真正地发挥作用，以提高学生的学习效果。新课程标准注重转变教学理念、创新教学方法，引导学生进行自主学习、合作学习和探究性学习，以充分发挥学生的学习主体作用和主观能动性，使其把学到的知识灵活运用到实际中，真正做到学以致用、活学活用。教师要结合学生实际、学校的具体情况和教学实际制定切实可行的教学目标，精心设计教学内容和教学目标，努力做到因地制宜、因材施教，使学生的知识、能力和情感态度得到有效提升。
二加强实践教学，提高学生的动手能力
实施新课程标准后，教师要彻底改变灌输式教学方式，在教学中不仅要看考试成绩，更要注重学习过程，要设法激发学生的发散思维，促使学生在理解中掌握生物知识。在教学中，教师要留出足够的时间让学生思考和质疑，通过创设教学情境激发学生的学习兴趣。此外，教师要注重实践教学，通过实验教学和实践活动让学生动态直观地学习生物学知识，通过实际操作提高学生的动手能力，通过形象的案例教学让学生对所学的知识有更为深刻的印象和记忆。
三充分发挥多媒体教学的优势
新课程改革倡导在教学中运用现代化教学手段，而多媒体技术集图片、动画、视讯、文字、声音于一体，能够图文并茂、生动形象地把生物知识直观地展现在学生面前，全方位地给学生视觉、听觉和感观上的 *** ，从而激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，使学生主动地投入到学习中来。在教学中，教师要充分发挥多媒体技术的优势，以达到提高教学效果的作用。多媒体技术在教学中只能起辅助教学作用，教师不能过分依赖和过分渲染多媒体技术的作用，不能让多媒体占据课堂的主导地位，不能影响学生的思维。教师在制作多媒体课件时要精心设计，根据教学内容合理地选择图片、视讯，再加上合适的文字说明，使教学内容更加具体化、形象化，以吸引学生的注意力，便于学生对所学知识有更深的印象，加深学生的理解和记忆，从而提高教学质量。
四激发学生的探究意识
新课程改革要求在教学中不但教给学生更多的知识，更重要的是让学生掌握科学的学习方法，让学生爱好、善学、乐学。在教学过程中，教师在传授知识的同时，要让学生掌握一定的学习技巧，引导学生进行合作学习、自主学习和探究式学习，要重视学生的成长和发展，通过多种教学手段和方法引导学生的探究学习进行探究，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。对于考试这一学习过程中的必要环节，教师要教给学生必要的应考能力，这并不是指要让学生掌握更多的知识以考取好的成绩，而是要教会学生认真审题、抓住问题的重点，要能排除干扰，通过找出隐藏的条件从而正确地解答问题。此外，教师要进行正确引导，促使学生进行探究，从而提高学生的探究意识和综合能力。
五加强练习，提高学习能力
教学活动需要师生的共同参与，在此过程中教师要充分发挥指导作用，彻底改变传统的灌输式教学方式，重视学生的学习主体地位，使学生积极参与到学习中，从而提高教学质量。开展初中生物教学的主要目的是培养学生的创新思维能力、细致观察能力和实际动手能力，这就要求教师要善于引导和启发，充分利用课堂教学时间向学生传授生物学知识和技能，以提高学生的学习能力。要达到上述目的，教师除了拥有丰富的知识、较强的组织和表达能力外，还要认真领会新课程改革精神，全面了解学生的认知规律、接受能力、学习基础和学习兴趣等情况，要结合学生的实际合理地选择教学方法、教学内容和教学模式。在教学中，教师要突出教学重难点问题，通过精讲多练强化学生对知识的理解和记忆。此外，练习能有效地巩固知识，因此教师要结合教学内容有针对性地设计教学问题，引导学生通过练习提高分析问题的能力，从而掌握所学知识，提高学生的自主学习能力。
二、总结
总之，在新课程改革背景下，教师要不断创新教学方法，转变教学理念，充分认识到初中生物教学的重要性，制定切实可行的教学目标，通过实践教学和多媒体教学提高学生的实际操作能力，激发学生的学习兴趣和探究意识，从而达到提高初中生物教学质量的目的，促进学生的全面发展。
参考文献
1、重庆市初中生物实验教学现状调查及对策研究朱飞西南大学2008-05-01
2、初中生物实验教学探讨何大平;才智2011-05-05
摘要：生物教学成功最大的因素在于教师充分了解学生，根据学情正确引导学生，并采用灵活有效的教学方法。只有这样，学生的思维能力、观察能力和探究能力才会得以提高，生物学科的知识性和趣味性才能更好地展现，才会为学生学好生物打下坚实的基础。
关键词：初中生物;教学
一、教学过程中要凸显师生互动、生生互动的教学效果
随着新课程改革的进行，有效的课堂教学日益受到重视和关注。“师生互动，生生互动”是凸显课堂教学效果的主要因素，其根本目的是正确引导学生思考，积极培养学生的思维能力。教学过程中，只有学生真正动起来，教师才能了解学生的发展状况和学生对知识的认识程度，然后才能从学生的实际出发，施以不同层次的教学，从而激发学生对生物学科的兴趣，提高其分析和解决问题的能力。例如，在学习“细胞是生命活动的基本单位”这一内容时，我便让学生通过显微镜来对微小的物体和细胞进行观察。观察之前，我先让学生了解了显微镜的构造，学习规范的操作方法。学生亲自操作显微镜时，表现出极大的热情和兴趣，耐心仔细地听教师讲解，很快就掌握了显微镜的使用方法。学生在制作洋葱鳞片叶内表皮细胞和黄瓜表层果肉细胞时，非常认真、细心，因为他们急于想弄清楚这些常吃的蔬菜在显微镜下会是什么样的状态。我还让学生结成小组，交换来观察，这样便形成了很好的生生互动。在这种良好的课堂气氛中，学生了解了植物细胞的不同形态和基本结构，达到了预期的教学效果。
二、教师要做学生情绪的调节员
情绪往往直接影响学生的听课态度和听课效率，研究证明，学生情绪高涨时，各种感官都得以调动，对外界资讯和教师所讲知识接受得就会非常迅速，甚至会超常发挥，相反，就会出现了不在状态和不知教师所云的现象。因此，有经验的教师很注重调节课堂气氛，调节学生的情绪。这样，学生就不会受不良情绪的影响，使思维完全能集中到课堂上来，从而提高听课效率。例如，有一次上生物课，也许是下午的原因，学生情绪不高，有的还出现昏昏欲睡的状态。那节课正好学习膝跳反射的内容，我灵机一动，便要求每个学生亲身来体验这“神奇”的膝跳反射，首先让学生坐在椅子上，这个要求让学生既兴奋又充满疑惑，学生不知道这样做的目的。然后我故弄玄虚地要求学生膝半屈，小腿自由下垂，接下来，让学生用手掌内侧边缘快速地叩击半屈膝盖下方的韧带。这时，学生的小腿做急速前踢的反应，学生哈哈大笑。面对学生兴奋又好奇的表情，我趁机为学生讲解了膝跳反射的原理，有效地提高了学生的听课效率。
三、采用幽默、轻松的教学方式
生物学科看似枯燥，实则有趣，因为它研究的是植物、动物、细菌等形形 *** 的生物，包括我们人类自己的身体。对人类来说，生物学非常重要，经济的发展、社会的进步、人类生活质量的提高都与生物学息息相关。那么，教师应怎样引导学生学好生物呢?
一大胆使用新的教学方式
我认为教师在上课时应该采用幽默、轻松的教学方式。在实际教学中，没有一个学生不喜欢讲课幽默的教师，在轻松诙谐的良好教学氛围里，学生心里不会感觉到有压力，心情会很舒畅，这样往往会收到事半功倍的教学效果。例如，遇到必须掌握的内容时，我就会扮演学生的角色，由学生提问，我回答，当我流利地把内容背诵出来时，学生就会充满钦佩。或者我和学生一起背诵，比比谁先会背，有时我故意背错，学生就会非常认真地指出我的“错误”所在。学生非常喜欢这样的方式，更乐于做教师的“纠客”，久而久之，学生就对生物学科充满兴趣，特别喜欢上生物课。
二生物教学要密切联络生活
初中学生好奇心很强，凡事都喜欢问个为什么。针对这一特点，我上生物课时，常常联络生活实际，如生活中植物的叶子、花朵、根、茎，还有一些蝴蝶、蜜蜂等标本都可以作为课堂上活生生的道具。这些富有生命活力的道具，在很大程度上激发了学生学习生物的动机和热情，唤起学生热爱生命、喜欢生物学科的意识，更好地培养了学生学习生物的兴趣。再如，植物的无性生殖有压条、扦插、嫁接等方式，我在教学这部分内容时，把新上市的“苹果梨”带到了课堂上来，结合视讯为学生讲解了嫁接的原理，在让学生感知自然界奇妙的同时，增强了教学效果。
四、总结
总之，生物教学成功最大的因素在于教师充分了解学生，根据学情正确引导学生，并采用灵活有效的教学方法。只有这样，学生的思维能力、观察能力和探究能力才会得以提高，生物学科的知识性和趣味性才能更好地展现，才会为学生学好生物打下坚实的基础。
参考文献
1、初中生物教学中存在的问题及对策探究卢勤泉;科教文汇下旬刊2010-09-30
海洋生物来源药物先导化合物的研究进展【摘要】 海洋生物中活性物质丰富，本篇文章对国内外近3年来从海洋生物中分离提取到的萜类化合物以及糖苷类化合物进行了归纳，并对其研究趋势进行了展望。这些新发现的萜类化合物广泛分布于海藻、珊瑚、海绵以及一些海洋真菌等海洋生物中，主要以单萜、倍半萜、二萜、三萜结构型式存在；而糖苷类化合物在海藻、海绵、海参、海星等海洋生物中发现大部分以糖苷脂、甾体糖苷、萜类糖苷型式存在。 【关键词】 海洋生物 萜类化合物 糖苷类 生物活性 【Abstract】 Marine organism show some important biological activities. This paper reviews terpenoids and glycosides from marine organism at home and abroad since 2005, and provides scientific evidence for reasonable exploitation and application. Terpenoids are mainly occurred on marine algae, coral, sponge and some fungi by monoterpene, sesquiterpene, diterpene and triterpene. And glycosides with structures of lipid, steroid and terpenoid are distributed to marine algae, sponge, sea cucumber and starfish. 【Key words】 Marine organism; terpenoid; glycoside; bioactivity 海洋是生命之源，由于海洋环境的特殊性，具有高压、低营养、低温（特别是深海）、无光照以及局部高温、高盐等生命极限环境，海洋生物适应了海洋独特的生活环境，必然造就了海洋生物具有独特的代谢途径和遗传背景，必定也会有新的、在许多陆地生物中未曾发现过的新结构类型和特殊生物活性的化合物。 萜类物质是一类天然的烃类物质，其分子中具有异戊二烯(C5H8)的基本单位。故凡由异戊二烯衍生的化合物，其分子式符合(C5H8)n通式的均称萜类化合物(terpenoids)或异戊二烯类化合物（isopenoids）。但有些情况下，在分子合成过程中由于正碳离子引起的甲基迁移或碳架重排以及烷基化、降解等原因，分子的某一片断会不完全遵照异戊二烯规律产生出一些变形碳架，它们仍属于萜类化合物。海洋生物中萜类化合物主要以单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜为主，三萜和四萜种类和数量都较少，且大部分以糖苷形式存在。萜类化合物是海洋生物活性物质的重要组成部分，广泛分布于海藻、珊瑚、海绵、软体动物等海洋生物中，具有细胞毒性、抗肿瘤活性、杀菌止痛等活性作用。 糖苷的分类有多种方法，按照在生物体内是原生的还是次生的可将其分为原生糖苷和次生糖苷（从原生糖苷中脱掉一个以上的苷称为次生苷或次级苷）；按照糖苷中含有的单糖基的个数可将糖苷分为单糖苷、双糖苷、三糖苷等；按照糖苷的某些特殊化学性质或生理活性可将糖苷分为皂苷、强心苷等；按照苷元化学结构类型可分为黄酮糖苷、蒽醌糖苷、生物碱糖苷、三萜糖苷等，海洋类的糖苷大部分是按照此特点分类的，主要包括鞘脂类糖苷、甾体糖苷、萜类糖苷和大环内酯糖苷等，在很多海洋生物如海藻、珊瑚、海参、海绵等中均发现有糖苷类化合物存在。已有的研究表明海洋糖苷类成分大都具有抗肿瘤、抗病毒、抗炎、抗菌、增强免疫力等生物活性。抗白血病和艾氏癌药物阿糖胞苷Ara-C(D-arabinosyl cytosine) 1、抗病毒药物的Ara - A 2以及Ara-C的N4-C16-19饱和脂肪酰基化衍生物3是海洋糖苷类药物成功开发的典范〔1〕。 本篇文章对国内外自2005年来从海洋生物中分离提取到的萜类化合物以及糖苷类化合物进行了总结。 1 萜类化合物 单萜 2005年M. G. Knott等人〔2〕对从红藻Plocamium corallorhiza中分离得到的三种多卤代单萜化合物plocoralides A-C（1～3）〔3，4〕进行了活性研究，发现化合物Plocaralides B（2）， C（3）对食管癌细胞WHCOI具有中等强度的细胞毒作用，这些化合物具有卤素取代基。 倍半萜 从海泥来源的真菌Emericella variecolor GF10的发酵液中分离得到两个新型的倍半萜化合物6-epi-ophiobolin G（4）和6-epi-ophiobolin N（5），化合物在1～3μM浓度时能使神经癌细胞Neuro 2A凋亡，同时伴随细胞萎缩和染色体聚集〔5〕。这一类ophiobolins是天然的三环或四环的倍半萜化合物，对线虫、真菌、细菌以及肿瘤细胞有着普遍的抑制活性。 Willam Fenical等人从海洋沉积物分离得到一株放线菌CNH-099，在该菌的代谢产物中分离到具有细胞毒作用的新颖的 marinonc 衍生物 neomarinone（6）、isomarinone（7）、hydroxydebromomarinone（8）和methoxydeuromomarinonc（9），它们均是倍半萜萘醌类抗生素。Neomarinone（6）和marinones（7～9）对HCrll6结肠癌细胞显示中等程度的体外细胞毒作用(IC50=8μg/ml)，而且，neomarinone(6)对NCI-s60癌细胞也具有中等程度细胞毒作用（IC50=10μg/ml）〔6〕。 化合物花侧柏烯倍半萜（10～12）从希腊北爱情海希俄斯岛采集的红藻 L. microcladia中分离得到〔7〕。红藻 L. microcladia 经有机溶剂CH2Cl2/MeOH (3:1)提取，以Cyclohexane/EtOAc（9:1）为洗脱液进行硅胶柱层析，最后经HPLC纯化得到化合物（10-12）。该试验并对化合物活性进行了研究，发现三种化合物均对肺癌细胞NSCLC-N6 和 A-549有抑制作用，化合物（10）：IC50= μM (NSCLC-N6)和 μM (A-549)，化合物（11）：IC50 = μM (NSCLC-N6) 和 μM (A-549) ，化合物（12）：IC50= μM (NSCLC-N6)和 μM (A-549)。后两个化合物对肺癌细胞毒活性作用明显高于第一个化合物，推测可能由于后两个化合物结构中酚羟基以及五环内双键的存在提高了化合物活性，而化合物中溴原子的存在并没有对其活性构成影响。从中国南京采集的红藻L. okamurai也分离出四种衍生的花侧柏烯倍半萜化合物，分别是Laureperoxide （13）, 10-bromoisoaplysin （14）, isodebromolaurinterol （15）和10-hydroxyisolaurene （16）〔8〕。5种snyderane倍半萜（17～21）化合物从红藻L. luzonensis中分离得到〔9〕。 从一个软海绵种属Halichondria sp中分离得到四种具有抗微生物活性的含氮桉烷倍半萜化合物halichonadins A-D（22～25）〔10〕。该海绵采集于日本冲绳运天港， kg样品溶于4L MeOH，所得的115g MeOH提取物分别用1200ml EtOAc和400MlH2O萃取， EtOAc萃取物经硅胶柱层析后，洗脱液为MeOH/CHCl3（95:5）和石油醚/乙醚（9:1），得到化合物halichonadins A-D（22～25）和已知化合物acanthenes B、C。活性检测实验显示：化合物halichonadins A-D均具有抗细菌活性，同时halichonadins B和C也具有抗真菌活性，化合物halichonadins C对新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）的半致死浓度（IC50）达到μg/ml。三个部分环化的倍半萜（26～28）化合物具有抑制磷酸酶Cdc25B活性，从海绵Thorectandra sp.中分离得到〔11〕。冷冻的海绵样品经4℃去离子水浸泡冷冻干燥后得到的干涸物， 随后用MeOH/CH2Cl2（1:1）和MeOH/H2O（9:1）的有机溶剂提取获得粗提物。采用活性追踪的方式，对粗提物（IC50=8μg/ml）进一步分离，将其溶于100mlMeOH/H2O（9:1）有机溶剂中，得到的粗提物加入300ml正己烷，获得水相部分溶于MeOH/H2O（7:3）的溶剂中，再用300ml CH2Cl2提取得到的部分经活性测定显示对磷酸酯酶抑制活性最强（IC50=6μg/ml），之后采用反相C-18柱HPLC分离，得到部分环化的倍半萜化合物（26）16-oxo-luffariellolide（12mg, tR=18min），化合物（27） 16-hydroxy-luffariellolide ( mg, tR=19min)以及化合物（28） luffariellolide (, tR=38min)。五种属于倍半萜类的化合物hyrtiosins A-E （29～33），从中国海南两个不同地方的海绵Hyrtios erecta种属中分离得到〔12〕。 氧化的倍半萜化合物gibberodione（34）, peroxygibberol（35） 和 sinugibberodiol（36）从台湾软珊瑚Sinularia gibberosa分离得到〔13〕，化合物（35）具有较温和的细胞毒性〔14〕。从珊瑚Eunicea sp.中提取的七种倍半萜代谢产物（37～43）〔15〕，含有榄烷，桉烷和吉玛烷骨架结构，研究显示对Eunicea 种属的疟原虫具有轻度的抑制作用。 二萜 以前很少有从绿藻中分离得到萜类化合物的报道，但是与2004年相比，提取的代谢产物数量有所增加〔16〕。从澳大利亚塔斯马尼亚采集的绿藻Caulerpa brownii中分离出许多新型二萜类化合物，其中化合物（44～48）在没有分支的绿藻中提取得到〔17〕，而类酯萜化合物（49）是从分支的绿藻中获得，该研究同时显示提取的类酯萜化合物对细胞、鱼类、微生物均有不同程度的毒性作用〔18〕。 日本Koyama K等人从褐藻Ishige okamurae来源的未知海洋真菌(MPUC 046)中分离到一种新型的二萜类化合物phomactin H（50）〔19〕。真菌(MPUC 046)经含150g小麦的400ml海水25℃发酵培养31天后，采用CHCl3溶剂提取、硅胶层析及HPLC纯化得到phomactin H。该化合物同已发现的phomactin A-G化合物一样，均属于血小板活化因子（PAF）拮抗剂，能抑制PAF诱导的血小板凝聚，同时推测此活性与化合物的某个特定骨架结构有关。 从法国南部大西洋海滨采集的褐藻Bifurcaria bifurcata中分离得到（51～55）五种新型的极性非环状二萜类化合物〔20〕。该褐藻经CHCl3/MeOH（1:1）提取，硅胶层析（洗脱液为不同比例的Hexane，EtOAc，MeOH），经反相C-18柱HPLC纯化获得十二种化合物，其中五种为新型二萜类化合物。化合物（51～53）在Hexane: EtOAc（2:3）洗脱液中发现，而化合物（54）和（55）则从Hexane: EtOAc（1:4）洗脱液中获得。 6种新型的Dactylomelane二萜类化合物 (56～61)从西班牙特纳里夫南部家那利群岛采集的红藻Laurencia中分离得到〔21〕，其结构具有C-6到C-11环化的单环碳新型结构。采集的红藻经CH2Cl2/MeOH(1:1)有机溶剂提取后，用洗脱液Hexane/CHCl3/MeOH(2:1:1)进行Sephadex LH-20反相色谱分离，结合TLC点样筛选的部分用洗脱液EtOAc/hexane（1:4）进行硅胶柱层析，最后采用硅胶柱进行HPLC纯化得到六种新型的单环碳二萜类化合物Dactylomelans。从红藻L. luzonensis中也分离得到二萜类化合物luzodiol (62)〔9〕。一个溴代二萜类化合物 (63)从日本其他红藻Laurencia物种中分离得到 〔22〕。 Xenicane二萜类化合物(64～71)从台湾珊瑚Xenia blumi分离出来，而化合物xeniolactones A-C (72～74)则是从台湾Xenia florida中分离出来的〔23〕。化合物 (64～67), (69), (70) 和 (72)具有轻微的细胞毒性作用。非Xenicane代谢产物xenibellal (75)对Xenia umbellata也具有轻微的细胞毒性作用〔24〕。化合物Confertdiate (76)是一个四环的二萜类物质，从中国珊瑚Sinularia conferta中分离得到〔25〕。 从史密森尼博物院癌症研究所收集的海葵中分离得到的二萜类化合物actiniarins A-C (77～79)能适度抑制人cdc25B磷酸酶重组〔26〕。 Periconicins A,B (80～81)〔27〕是从内生红树林真菌Periconia sp.分离得到的二萜类的新化合物，能抑制不同微生物的生长活性，诸如bacillus subtilis ATCC 6633, Staphylococcus aureus ATCC 6358p, Staphylococcus epidermis ATCC 12228等等。 南海真菌2492#是从采自香港红树林植物Phiagmites austrah样品中分离得到的，从2492#菌株的发酵液中分离得到的两种二萜类化合物 (82～83)有很好的生理活性〔28〕，如抗肿瘤、降压、调整心率失常，同时降压调整心率失常的作用在相同的条件下优于临床现用的阳性对照物。 从中国红树林植物Bruguiera gymnorrhiza分离出二萜类化合物 (84～86)，化合物(86)对小鼠成纤维细胞具有适当的细胞毒活性〔29〕。也从中国红树林另一物种Bruguiera sexangula var. rhynchopetala分离出三种二萜类化合物 (87～89) 〔30〕。与之结构相似的二萜类化合物 (90～93)从中国Bruguiera gymnorrhiza中分离得到，其中化合物 (92)和 (93)有轻微的细胞毒活性〔31〕。 二倍半萜 Willam Fenical研究小组从曲霉属Aspergillus海洋真菌（菌株编号CNM-713）分离到一个新的二倍半萜化合物aspergilloxide (94)，该化合物为含有25个碳原子的新骨架，对人的结肠癌细胞HCT-116有微弱的细胞毒活性〔32〕。在此之前，Willam Fenical等人从巴哈马的红树林中的漂浮木中也分离到一株真菌Fusarium heterosporum CNC-477， 并从中分离得到一系列多羟基二倍半萜类化合物neomangicols A-C（95～97）〔33〕和mangicols A-G (98～104)〔6〕，它们的结构如下图所示。Neomangicols的骨架为25个碳的二倍半萜，是首次从天然物中分离得到。药理实验显示化合物 (96)具有和庆大霉素大致相当的对革兰阳性细菌的抑制能力，化合物 (98)和 (99)对MPA(phorbol myristate acetate)诱导的鼠类耳朵水肿有抗炎症活性。 三萜 从海洋生物中提取得到的三萜类化合物主要以三萜皂苷、三萜烯类、三萜糖苷等形式存在。四环三萜皂苷类化合物nobilisidenol (105) 和 (106)是从中国黑乳海参Holothuria nobilis分离得到的〔34〕。采集于福建东山的黑乳海参洗净切碎后用85%的EtOH冷浸提取，得到的流浸膏均匀分散于水中，依次用石油醚、二氯甲烷、n-BuOH萃取，研究发现n-BuOH提取物经大孔吸附树脂、正相硅胶层析、反相C-18硅胶柱层析以及反相C-18 柱HPLC分离得到三萜皂苷类化合物nobilisidenol (105)和(106)。易杨华等同时从海参中提取到了其它的三萜糖苷类化合物以及三萜皂苷脱硫衍生物〔35，36〕。三萜烯类化合物intercedensides D-I（107-112）从中国海参Mensamaria intercedens中分离得到，具有细胞毒功能〔37〕。新西兰海参Australostichopus mollis是单硫酸酯三萜糖甙化合物mollisosides A（113）, B1（114） 和 B2（115）的来源〔38〕。 具有细胞溶解作用的三萜类化合物sodwanone S (116)是从印度洋多毛岛采集的海绵Axinella weltneri中分离得到的〔39〕。三萜苷类化合物sarasinosides J-M (117-120)分离自印尼苏拉威西岛采集的海绵Melophlus sarassinorum，对B. subtilis和S. cerevisae的细菌具有抗微生物活性作用〔40〕。 2 糖苷类化合物 从中国海南采集的甲藻A. carterae中分离得到一种不饱和的糖基甘油酯化合物（121）〔41〕。甲藻采集于中国海南三亚，经分离筛选得到的A. carterae大规模培养后用甲苯/MeOH（1:3）的有机溶剂提取，所得干涸物分别用甲苯、1N NaCl 水溶液提取。研究发现有机相提取物经硅胶柱（洗脱液为不同比例的MeOH/CHCl3）、反相C-18硅胶柱层析（洗脱液为MeOH/H2O=9:1），最后经反相C-18柱制备型HPLC（流动相为MeOH/H2O =95:5）分离纯化得到25mg不饱和的糖基甘油酯化合物（121）。从多米尼克普次矛斯采集的绿藻Avrainvillea nigricans中可以分离出一个甘油酯avrainvilloside（122），该化合物含有6-脱氧-6-氨基糖苷部分〔42〕。 两个甘油一酯化合物homaxinolin（123）和（124），磷脂酰胆碱homaxinolin（125）以及能抑制细胞生长的脂肪酸（126）是从韩国海绵Homaxinella sp.中分离得到的〔43〕。从红海采集的海绵Erylus lendenfeldi分离得到的两个甾体糖苷类化合物erylosides K（127）和L（128）能选择性的抑制酵母菌株的rad50芽体，rad50能修复协调受损的双链DNA〔44〕。 海参Stichopus japonicus是五种糖苷化合物SJC-1（129），SJC-2（130）, SJC-3（131）, SJC-4（132） 和 SJC-5（133）的主要来源〔45〕。五种化合物均从弱极性CHCl3/MeOH部分分离出来，其中SJC-1（129）, SJC-2（130）, SJC-3（131）是典型的鞘甘醇或植物型鞘甘醇葡萄糖脑苷脂类化合物，含有羟基化或非羟基化的脂肪酰基结构。SJC-4（132） 和 SJC-5（133）也含有羟基化的脂肪酰基结构，但是含有独特的鞘甘醇基团，是两种新型的葡萄糖脑苷脂类化合物。Linckiacerebroside A（134）是从日本海星Linckia laevigata分离出的一种新型糖苷脂化合物〔46〕。 甾体糖苷孕甾-5, 20-二烯-3β-醇-3-O-α-L-吡喃岩藻糖苷（135） 和 孕甾-5, 20-二烯-3β-醇-3-O-β-D-吡喃木糖苷（136）从中国短足软珊瑚Cladiella sp.中分离得到〔47〕。将新鲜的软珊瑚干质量 kg用乙醇在室温下浸泡 3 次, 合并提取液, 减压浓缩后得到深褐色浸膏 用30%的甲醇溶解后, 依次用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取, 石油醚提取液经减压浓缩后得棕黑色胶状物 ，将此提取物硅胶柱减压层析, 用石油醚乙酸乙酯溶剂体系梯度洗脱, 从石油醚/乙酸乙酯（20:80）洗脱液中所得的洗脱部分在反相C-18柱上进行HPLC分离, 用MeOH洗脱得到化合物60mg（135）和3mg（136），该类化合物具有抗早孕和抑制肿瘤细胞生长活性。 四种甾体糖苷化合物（137-140）是从中国珊瑚Junceella juncea EtOH/CH2Cl2提取液中分离得到〔48〕。 3 结语 目前，从海洋生物中发现的萜类和糖苷类天然化合物的数量近几年呈现逐渐增加的趋势，有些化合物的活性确切而且活性作用强烈是很有希望的一些药物先导化合物，但是用于临床研究的化合物还相对较少，因此开发更多新的天然化合物是有必要的。其次，从海洋生物中发现的活性化合物也存在着活性较低或毒性较大等问题,可以通过对其结构进行修饰，使其活性达到最佳效果。此外，从海洋生物中提取的活性化合物含量通常较低，而且化合物在提取过程中受到提取试剂、方法等外界因素的影响，所以采用化学合成的方法进行化合物的半合成或者全合成解决化合物在提取过程中结构易变、试剂耗量大等缺点。例如从海洋真菌中发现的结构新颖，有抗菌、抗癌和神经心血管活性的物质头孢菌素C，就是从海洋真菌中分离得到的，这是一大类半合成的广为人知的抗生素，它已广泛用于临床〔49〕。所以采用合成或半合成的方法解决活性化合物作为药源的大量生产方式是通行的。我们期待着这些药物先导化合物在药物开发方面发挥重要作用。
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