14-6-5-昆虫的感觉器官和仿生学 2新

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结晶牛胰岛素（crystallized bovine insulin）是 牛的胰岛素结晶。牛胰岛素是牛胰脏中胰岛β-细胞 所分泌的一种调节糖代谢的蛋白质激素。其一级结 构1955年由英国桑格（S.Sanger）首先确定牛胰 岛素中氨基酸的组成和排列顺序。桑格也因此荣获 1958年诺贝尔化学奖。 从1958年开始，中国科学院上海生物化学研究所 、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学生物 系三个单位联合，以王应睐为首，由龚岳亭、邹承 鲁、杜雨花、季爱雪、邢其毅、汪猷、徐杰诚等人 共同组成一个协作组，在前人对胰岛素结构和肽链 合成方法研究的基础上，开始探索用化学方法合成 胰岛素。
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昆虫飞行器
• Micromechanical Flying Insect (MFI) Project （微型机械昆虫飞行项目）：根据 丽蝇的飞行原理来设计的。
Robofly
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《科学时报》讯(记者 晓峰) 澳大利亚国 立大学的科学家最近根据昆虫的仿生学原 理制造了一架新型飞行器，它会像蜜蜂一 样观察周围的事物，能够像蜻蜓一样自如 地飞行，而且它还能够在环境恶劣的火星 表面飞行，以代替行动迟缓的漫游者机器
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• 7、锤状：鞭节 端部数节突然 膨大，形状如 锤。例如瓢虫、 郭公虫等。
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• 8、鳃叶状：端 部数节扩大成 片状，可以开 合，状似鱼鳃。 这种触角为鞘 翅目金龟子类 所特有。
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• 9、膝状（肘状）： 柄节特别长，梗 节短小，鞭节由 大小相似的亚节 组成，在柄节和 梗节之间成肘状 或膝状弯曲。例 如象鼻虫、蜜蜂、 小蜂等。
4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。
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。
二战期间，德国据此机理制造 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。
昆虫（器官）和仿生学
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一、常见的昆虫感觉器官
• 头部的主要感觉器官包括触角、 单眼和复眼。在口器各组成部分上也 有感觉器。
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触角及其构造：基本 上由3节构成： 柄节 scape ：最基部的 一节，常粗短 梗 节 pedicel ： 触 角 的 第2节，较小。 • 鞭节flagellum：触角的端节，常分成 若干亚节，此节在不同昆虫中变化很 大。
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步 甲 的 放 自 屁 卫 御 敌
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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。
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• 4、栉齿状：鞭节 各亚节向一边突 出很长，形如梳 子。例如雄性绿 豆象等。
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绿豆象
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antenna
叩头甲
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• 5、双栉齿状（羽 状）：鞭节各亚 节向两边突出成 细枝状，很象鸟 的羽毛。例如雄 性蚕蛾、毒蛾等。
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• 6、棒状（球杆状）：触角细长，近端 部的数节膨大如椭圆球状。例如蝶类 （是鳞翅目中蝶与蛾的主要区别特征 之一）、蚁蛉等。
受蝇眼的启示发明了蝇 眼摄像机，除获得理想 的图片外，还发现许多 常规手段无法得到的细 节。
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• 基于苍蝇视觉系 统的新型摄像软 件能够拍摄普通 的图像（下）并 显示其中的重要 细节，例如房间 中的人像（中） 并突出细节 （上）。
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• 可用于超薄相机的 人造昆虫眼 。 • 使人造眼应用于微 型全方位监视设备， 超薄照相机以及高 速运动传感器上 。
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萤火虫的发光器由发光层、透明层和反射层组成。 发光层拥有几千个发光细胞，含有荧光素和荧光 酶。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。萤火虫可将化学能直接转变成光能，且转 化效率达100%，
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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，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。
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• 经过周密研究，他们确立了合成牛胰岛素的程序。合成工作是 分三步完成的： • 第一步，先把天然胰岛素拆成两条链，再把它们重新合成为胰 岛素，并于1959年突破了这一难题，重新合成的胰岛素是同原 来活力相同、形状一样的结晶。 • 第二步，在合成了胰岛素的两条链后，用人工合成的B链同天 然的A链相连接。这种牛胰岛素的半合成在1964年获得成功。 • 第三步，把经过考验的半合成的A链与B链相结合。在1965年9 月17日完成了结晶牛胰岛素的全合成。 • 经过严格鉴定，它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形 状都和天然的牛胰岛素完全一样。 • 这是世界上第一个人工合成的蛋白质。这项成果获1982年中国 自然科学一等奖。王应睐因此被著名英国学者李约瑟（Joseph Needham,1900-1995)誉为“中国生物化学的奠基人之一”。
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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。
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蝴蝶色彩与伪装 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。
也是对中国在科学领域里做出世界上第一流成绩的一
个最好证明。
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1966年底，A．Tiselius访问了中国，他当时是瑞典 皇家科学院诺贝尔奖评审委员会化学组的主席，人们 很自然地把他和物色合适的诺贝尔奖候选人联系起来 。 后来我得知Tiselius对胰岛素全序列人工合成的评价 很高。当被问及对中国第一颗原子弹爆炸的看法时， 他的回答却是：
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• 用来辨别物体，特别是运动的物体，是 最重要的视觉器官。 • 成虫和不全变态类的若虫和稚虫，一般 都有一对复眼。 • 多数昆虫复眼能感受的光波波谱范围也 比人眼宽广。但是，昆虫的视程远不及 人类。 • 另外，绝大多数昆虫是色盲，如蜜蜂不 能分辨出青色和绿色，也不能分辨出红 色和黑色。
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牛虻的复眼
仿生学是一门建立在多学科边缘上的综合
性学科，包括生理学、神经学、医学、化 学、数学、电子学、信息学等学科。
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前言
仿生学的研究方法
生物体 生物模型 数学模型 技术模型 技术装置
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• 真正最高水平的仿生学应该是制造生命。 （如用化学分子，或者用一个分子构筑具 有生理活性的物质，如牛胰岛素结晶。有 争议的课题，涉及到伦理学， ）
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蜂巢与仿生
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。
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夏普32英寸以上的液晶电视都采用夏普自行生产 的第六代ASV仿生蜂巢设计,日本原装超黑低反射 TFT透射型超級广角液晶面板，使得屏幕的光反射 大大降低且黑色更加纯正。
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蜂巢式互联网
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跳蚤的跳跃本领十分高强，航空专家对此 进行了大量研究，英国一飞机制造公司从 其垂直起跳的方式受到启发，成功制造出 了一种几乎能垂直起落的鹞式飞机
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蛋白质研究一直被喻为破解生命之谜的关节点。胰岛
素是蛋白质的一种。由此，胰岛素的人工合成，标志
着人类在揭开生命奥秘的道路上又迈出了一步。
和“两弹一星”一样，中国人在世界上第一次人工
合成胰岛素被负载了很多意义：科研的，民族荣誉感
的。尤其让人们津津乐道的是，这是中国科学家与诺
贝尔奖几乎是零距离的接触。直到这么久过去了，这
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昆虫触角与仿生
一只雌舞毒蛾仅能分泌0.1微克性引诱素，但
这已足够诱来100万只雄蛾。
30个性引诱素分子便能促使一只雄美洲蟑螂
产生性兴奋。 雌松树锯蝇，其气味能招引约1亿只雄蝇 。
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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。
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突眼蝇的复眼
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天牛的复眼
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• 水栖的豉甲科昆 虫上、下分离的 复眼使得它们能 在水面游泳时能 同时看清楚水表 和水中的情况。
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许多“点的影像”互相结合便组 成整个物体“镶嵌的影像”
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鳞 片
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二、仿生学的基本内涵
仿生学(Bionics)
模仿生物系统的原理以建造技术系 统，或者使人造技术系统具有生物系统 特征或类似特征的科学