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    新聞導(dǎo)航

    光線對(duì)生命的意義

    來(lái)源:hzbtlx.com 發(fā)布時(shí)間:2024-04-10 返回


     植物為什么是綠色?花兒為什么這樣艷,飛蛾撲火又為哪般?生物的趨光性是為什么?鳥(niǎo)類為什么會(huì)撞上大樓?鯨魚(yú)又為什么會(huì)自殺?

        這些看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題世界上卻沒(méi)有多少人真正知道,這些現(xiàn)象的背后有著奇妙的生物物理原理。要回答這些問(wèn)題,請(qǐng)?jiān)试S我從從地球生命的早期開(kāi)始。

        在太陽(yáng)光能中,由于大氣層反射與太陽(yáng)電磁波的復(fù)雜作用,導(dǎo)致只有部分光能到達(dá)地球表面,這些光集中在波譜從紫外線到紅外線的波段,99%的波能引起人視覺(jué)。整個(gè)光譜波段對(duì)生命起作用的為波長(zhǎng)0.8微米~0.4微米,也即是所有能完全穿透大氣層的太陽(yáng)光。相對(duì)而言,紫外線為高能波,紅外線為低能波,其它高能波:χ射線,Β(鋇塔)射線,γ(伽瑪)射線,極少能射到地表。它們被厚厚的大氣層所阻擋。

        所以生命體只有利用僅存的恒定光能,從紅外線~紫外線,生命體利用其中的紅外線為自己提供熱能,利用紫外線協(xié)助繁衍后代,這是因?yàn)樽贤饩€能量更高,它們照射時(shí)所引起的振動(dòng)能可以促進(jìn)細(xì)胞分裂。所以經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后,聰明的植物最后決定自己的顏色為綠色,這樣在光譜中,赤橙黃綠青藍(lán)紫,綠色距紅線與紫外線都是相等的距離,處于正中間!這樣植物能夠均衡的地全面吸收光能,同時(shí)也反射綠色光給動(dòng)物看到,好讓動(dòng)物吃掉植物的同時(shí)通過(guò)拉便幫助植物的種子到處播撒,這是和諧的社會(huì)化協(xié)作,奉獻(xiàn)自己就是幫助自己,如果不反射一點(diǎn)光線植物將會(huì)是黑色,那么它將在黑暗中孤獨(dú)終老,默默得死去,最終整個(gè)種族滅亡。我們?nèi)祟惪粗G色感覺(jué)舒服正是進(jìn)化自然選擇的結(jié)果,如果看著綠色難受人類早就難受死而不會(huì)進(jìn)化到現(xiàn)在了。

        隨著地球早期植物生長(zhǎng)過(guò)程所排放的氧氣增多,近15億年時(shí)間里大氣中的氧氣急劇增加,氧氣與太陽(yáng)高能光子在空中再次發(fā)生反應(yīng)生成臭氧O3,隨著臭氧的增多,大氣中形成了臭氧層,臭氧層有一個(gè)特征,就是反射紫外線,而紫外線是植物繁殖的重要條件。隨著臭氧層加厚,紫外線大量減少,植物大批死亡,幸存下來(lái)的植物開(kāi)始思考,它們想出了一個(gè)絕妙的辦法,這個(gè)辦法是生命進(jìn)化的重大事件。這個(gè)事件稱為植物開(kāi)花事件。

        為了生存就須有足夠的紫外線,于是絕境中的植物想出好辦法,開(kāi)花!在繁殖季節(jié)開(kāi)花,利用花辨組成一個(gè)凹型拋物面反射鏡,和微波雷達(dá)或喇叭一樣,通過(guò)拋物面形狀的花瓣反射太陽(yáng)光中的紫外線,將其聚焦在花蕊花粉部位,聚焦的高能紫外線照射在受精的花粉上,幫助受精卵的細(xì)胞分裂,這時(shí)聰明的植物已經(jīng)是熟練使用太陽(yáng)能的高級(jí)工程師了。

        這時(shí)動(dòng)物也出現(xiàn)了高速分化,昆蟲(chóng)為方便吃植物頂部的幼嫩部分,進(jìn)化出了翅膀,后來(lái)植物開(kāi)花,昆蟲(chóng)改吃花朵,為了保護(hù)花朵,植物想出另外一個(gè)辦法,分泌花蜜,后來(lái)昆蟲(chóng)由于對(duì)花蜜的偏愛(ài),自身發(fā)生了突變,口器變成了吸管,便于吸取更加可口的花蜜,昆蟲(chóng)眼睛進(jìn)化也發(fā)現(xiàn)了花朵的秘密,能在遠(yuǎn)處看見(jiàn)花朵所反射的紫外線。這時(shí)植物發(fā)現(xiàn)了一件令自己也意想不到的好事,昆蟲(chóng)傳粉比風(fēng)的效率更高。于是不同物種結(jié)成進(jìn)化中的伙伴關(guān)系,又是社會(huì)化的動(dòng)植物大協(xié)作!

        花朵分泌更多的花蜜,以感謝昆蟲(chóng)的受粉功勞。為了便于昆蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)自己,花朵越開(kāi)越艷(這就是花兒為什么這樣艷的答案),花蜜使花朵得以保全,紫外線的收集沒(méi)有被破壞,并且由于昆蟲(chóng)參與植物繁殖,效率反而大大提高!植物開(kāi)花使得昆蟲(chóng)也完全明白紫外線,它朝反射紫外線的地方飛去準(zhǔn)有花蜜。昆蟲(chóng)牢牢地記住這一點(diǎn)并把秘密遺傳給后代。

        蜘蛛先是不清楚昆蟲(chóng)與花朵的構(gòu)當(dāng),為了吃到更多的昆蟲(chóng)就必須展開(kāi)對(duì)昆蟲(chóng)的研究。于是它們開(kāi)始思考,一些沒(méi)有耐心的蜘蛛放棄研究工作,另一些就堅(jiān)持下去,后來(lái)堅(jiān)持不懈的研究有了回報(bào),蜘蛛破譯了昆蟲(chóng)的秘密。于是它們向植物學(xué)習(xí)也撐握了反射紫外線的技術(shù),它們?cè)诰W(wǎng)上涂上反射紫外線的物質(zhì),于是動(dòng)腦筋的蜘蛛終于有回報(bào),它們成功了!坐等食物送上門來(lái),因?yàn)樵S多時(shí)候粗心的昆蟲(chóng)把蜘蛛網(wǎng)反射的紫外線當(dāng)作了花朵,饑餓的昆蟲(chóng)想用餐,不幸的它卻成了蜘蛛的點(diǎn)心!那些沒(méi)有耐心研究的蜘蛛就這樣被自然淘汰了。

        紫外線減少事件幾百萬(wàn)年過(guò)去了,幸存的地球生命也適應(yīng)了這種改變,其中包括細(xì)菌等微小生命。但是當(dāng)紫外線急劇增加,它們便受不了,大量紫外線會(huì)振碎它們的肌體結(jié)構(gòu)。最后人類也破譯了這個(gè)秘密,于是醫(yī)院用紫外線殺菌消毒。這是人類比植物遲20億年才掌握的知識(shí)。

        接著我們?cè)僬f(shuō)飛蛾撲火的原理。

        我們對(duì)昆蟲(chóng)的趨光性有的時(shí)候是誤讀,特別是飛蛾撲火!我們以為是昆蟲(chóng)喜歡追逐光明,其實(shí)這是數(shù)千年的誤解,要不它們?cè)趺床积R刷刷朝著太陽(yáng)月亮飛? 就會(huì)飛的昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō),有一種解釋是這樣:昆蟲(chóng)并不是正對(duì)著光源飛過(guò)去,它只是利用光線來(lái)導(dǎo)航。

        月光或太陽(yáng)光基本上是平行光,昆蟲(chóng)只要確保自己的飛行方向與光線之間的夾角為固定值,那么它的飛行路線就是直線。億萬(wàn)年來(lái),昆蟲(chóng)就是利用這一原理為自己導(dǎo)航的。

        但是人類出現(xiàn)后,夜間的點(diǎn)光源越來(lái)越多,點(diǎn)光源發(fā)出的光不是平行光,昆蟲(chóng)不知道,它們還以為是天上的星星,繼續(xù)按照「飛行方向與光線夾角為固定值」的方式導(dǎo)航,飛行路線就不再是直線,而變成了等角螺線,盤(pán)旋著趨向光源。


        當(dāng)然這只是解釋了一種情況。

        生物的本能是向自己能看得到或能看得清的目標(biāo)前進(jìn),所以在白天光照條件好的時(shí)候,任何動(dòng)物都不會(huì)奔著最強(qiáng)的光源(如太陽(yáng))而去,而是各自在視覺(jué)良好的條件下尋找自己感興趣的目標(biāo),動(dòng)物感興趣的目標(biāo)首先是食物。

        光可以分很多種,不是所有的昆蟲(chóng)都趨光,也不是所有的光昆蟲(chóng)都會(huì)趨。蚜蟲(chóng)趨黃色,它認(rèn)為那是它的食物——黃色的花朵或嫩芽。大部分蛾子都是晚上活動(dòng),白天太陽(yáng)一出就躲起來(lái),不躲起來(lái)就被鳥(niǎo)吃掉了。

        只有在夜間,什么都看不清的時(shí)候,少數(shù)能看清的東西(光源)才會(huì)成為獨(dú)一無(wú)二的、本能首選的目標(biāo)。這叫趨光性。

        所以飛蛾撲火從兩方面可以解釋:1、火焰發(fā)出了紫外線讓飛蛾以為是花朵所以撲過(guò)去吃花蜜;2、飛蛾誤認(rèn)為火光是星光,讓它以為自己相對(duì)“星星”在直線飛,實(shí)際它是在繞著火光螺旋形地飛,越飛螺旋線越小最后繞進(jìn)火焰里。

        由光線給動(dòng)物導(dǎo)航的理論也可以解釋鳥(niǎo)群夜間撞到城市的高樓死亡和鯨魚(yú)自殺之謎。

        在自然界的鳥(niǎo)類大腦中也像撲火的飛蛾一樣沒(méi)有對(duì)人類燈光的記憶和認(rèn)識(shí),夜間飛行的鳥(niǎo)把城市的燈光當(dāng)成了星光,它們還以為是和星光成固定角度在直線飛行呢,等看到是大樓的墻壁時(shí)高速飛行的鳥(niǎo)已經(jīng)剎不住車了,“車禍”發(fā)生了。鯨魚(yú)自殺之謎也許同樣可以用這個(gè)理論來(lái)解釋,鯨魚(yú)也把岸邊城市的燈光當(dāng)成了星光,它們也在靠著這星光在導(dǎo)航,等擱淺時(shí)它們已經(jīng)失去了海水的浮力,被自己巨大的身軀給壓死了。這也許是鯨魚(yú)自殺大多發(fā)生在夜間的原因。


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