浅谈资源昆虫的开发与利用

文献综述之

浅谈资源昆虫的开发与利用

——以昆虫仿生学为例

一、前言

二、资源昆虫的定义

三、昆虫仿生学

四、常见的昆虫仿生学应用举例

五、问题与前景

六、参考文献

一、前言

资源,是当今世界最重要的战略问题之一；昆虫资源,是目前地球上最大的尚未被充分利用的自然资源。本文通过整合前人的研究成果，以昆虫仿生为主，简要介绍资源昆虫的开发利用问题。

本文首先诠释资源昆虫的概念；进而详述其中的一个方面——昆虫仿生学；并举出大量实例；最后介绍目前资源昆虫开发的问题与前景。

本文所述内容涉及大量论文、网页等文献资料（具体名录见本文最后），在此对其作者表示感谢。

二、资源昆虫的定义

资源昆虫是指昆虫产物（分泌物、内含物和排泄物等）或昆虫虫体本身可作为资源被人类利用并具有特殊价值的一类昆虫。

资源昆虫根据其用途可分为九大类：食用资源昆虫、医药资源昆虫、饲料资源昆虫，工业原料资源昆虫、观赏资源昆虫、娱乐资源昆虫、害虫天敌资源昆虫、植物传粉资源昆虫及其它用途资源昆虫。

广义的资源昆虫也可归为三大类：第一类是一级资源昆虫：包括虫体本身或其产物能满足人们物质需要或精神需要的种类，如工业原料昆虫、药用昆虫、食用昆虫、观赏昆虫等。第二类是二级资源昆虫：指必须作用于其它生物面对人类产生利益的昆虫，如天敌昆虫、农作物传粉昆虫等。第三类指特殊资源昆虫；包括教学和科研材料、仿生学对象、环境保护、构成生态系统食物链的重要环节，今后作为生物工程重要基因库等特殊用途的昆虫种类。

目前，许多国家都在开发昆虫产业，开展昆虫产业的基础和生产的技术研究。例如，日本1992年昆虫商品额已达2600亿日元，并预测40年后医用蛋白质等产品的市场规模将达

55000亿日元。

下面，将在仿生学方面，详述资源昆虫的开发与利用。

三、昆虫仿生学

仿生学( bionics) 是上世纪60 年代兴起的一门学科，它研究生物系统的结构性质能量转换和信息过程，并将所获得的知识用来改善现在的或创造暂新的机械、仪器、建筑结构和工艺过程。以昆虫为对象的仿生研究一直是国内外的研究热点。

昆虫在长期进化过程中发展出与其生存环境相适应的器官系统,这些器官系统结构独特、功能优异,因而,昆虫一直是最重要的仿生对象之一。目前,有关昆虫仿生研究的主要方向有:昆虫的形态仿生、昆虫的体表微结和功能的仿生、昆虫的感觉器官的仿生、昆虫运动功能的仿生以及昆虫的其他特异能力的仿生，等。下面，将就这几个方面做一一介绍。

1、昆虫形态的仿生

昆虫形态千差万别。形态仿生是早期仿生的主要内容,主要应用于军事和航空航天领域,如：模仿蝴蝶色彩和花纹的军事伪装设施。另外,一些昆虫巢穴的形态结构也是仿生研究的内容。在一些大型建筑中,经常模仿蜜蜂巢穴的六角形的架构设计,使建筑物具有高强度力学支撑结构,既坚固、美观,又节省建材。

2、昆虫体表微观结构与功能的仿生

由于生存环境的关系,一些昆虫在进化过程中形成了非常独特的体表微细结构,这些结构为仿生学家所关注。例如，研究如何模仿蝴蝶翅膀表面细微结构开发新型防伪技术(如防伪纸币或信用卡) 已成为该领域重要的课题。

3、昆虫感觉器官功能的仿生

很多昆虫具有高度灵敏的嗅觉。昆虫触角上分布有不同类型的嗅觉感受器,感受器的类型不同决定了昆虫对不同化学物质的分辨率。不同的昆虫嗅觉灵敏度有差异,触角的结构以及相应的传导网络是其重要的决定因素。除了高灵敏度以外,昆虫的嗅觉感受器还具有高分辨率和高度特异性的特点。目前,各国都在加紧研制实用的仿昆虫触角的嗅觉感受器检测装置。

就听觉系统而言,声源定位能力是最显著的属性之一,对有些昆虫来说,这种能力是生死攸关的。。因此,模仿昆虫听觉结构,研究其对声发射、接收、听信息加工及运动调控的感觉神经生物学与神经行为学原理,可望开发先进的“反声纳”装置。

在视觉方面,尽管昆虫复眼结构简单,但其功能却是人和哺乳动物的单眼所不及。目前,各国都在加紧昆虫视觉仿生研究,试图模仿昆虫复眼成像机理以及昆虫视觉信息处理过程,研制新型靶标自动制导系统。

4、昆虫运动功能的仿生

昆虫的运动功能奇特,形式多样,有的蠕动,有的跳动,有的飞行。昆虫独特的飞行机制

一直为仿生学家所关注,如:昆虫的翅与飞行、昆虫飞行过程中的信号接收与传递、昆虫的神经组织结构及控制机理等。

5、昆虫其他特异能力的仿生

昆虫的独特自卫武器的仿生:有些甲虫在遇到敌害自卫时可喷出致命液体。

昆虫发光的仿生:一些昆虫(如:萤火虫) 可将化学能直接转变成光能, 且转化效率几乎

100 % ,而普通电灯的发光效率只有6 %。

昆虫群体协作性的仿生:一些社会性昆虫,如:蚂蚁、蜜蜂等具有其特有的社会群体协作性,研究它们的这些群体习性,有的提出所谓“蚂蚁算法”。有的将其原理用于研究MAV 和

多个机器人之间的协同工作。

综上所述,昆虫种群庞大,种类多样,外形迥异,功能奇特,是极其重要的仿生资源。

四、典型的昆虫仿生学应用举例

下面通过几个实例，具体介绍作为仿生学对象的资源昆虫。

1、蝴蝶，它利用翅膀花纹的色彩斑斓作为一种伪装。如重月纹凤蝶、其后翅在阳光下时而金黄，时而翠绿，有时还由紫变蓝。这些五颜六色，不规则排列的花纹，圆点和线条把蝴蝶翅膀的表面分成许多很小的部分。这样当背景是一片鲜花盛开，五彩缤纷的草地时，蝴蝶就很难被它的天敌—食蝶的动物发现。科学家通过了对蝴蝶的研究，为军事、航天、生活等带来了极大的裨益。

在二战期间，德国军队轰炸列宁格勒。毕生研究蝴蝶花纹的昆虫学家施王维奇参照蝴蝶翅膀上花纹的色彩和构图，将保护迷彩，变形迷彩和伪造迷彩加以综合运用，对苏军机动军事目标涂上同地域相似的多色巨大斑点，改变其外形：对固定军事重地进行遮障布疑，并在遍障上涂染与背景相似的保护色和多色素描图像，造成同环境一致的景象，使军事目标的可视辩程度降低到最低点。因此，尽管德军费尽心机，但列宁格勒的基石地仍安然无恙，为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。施万维奇的碟翅防空迷彩伪装的出色设计，蒙骗了德飞机的轰炸，成为流传后世的佳话，他死后，人民把他的墓碑上雕刻了蝴蝶翅膀上的花纹图案，以示纪念，根据同样的道理，后来人们还生产了迷彩服，大大减少了战斗中的伤害。

2、蜻蜓，其通过翅膀振动可产生不同与周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓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/h。此外，蜻蜓的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停的拍打，科学家据此结构基础成功研制了直升飞机。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。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙，于是人们仿效蜻蜓在飞机的两翼加上了平衡中锤，解决了因高速飞行而引起震动这个令人棘手的问题。

五、目前的问题与前景

人们对昆虫资源的开发和利用正不断深化、广化。而现在阻碍这一进程长远发展的主要问题，在于以下两点：

1、经济利益越来越占据主导。随着市场经济在全球范围的普及，大部分社会活动都以金钱为