接縫器--風暴水檢查器
火蠅--人造冷光
龍蝦--氣味探測器
1.從令人討厭的蒼蠅身上復制了壹個非常奇特的小型氣體分析儀。它被安裝在宇宙飛船的駕駛艙裏,用來檢測艙內氣體的成分。
2.從螢火蟲到人工冷光源;
3.電魚和伏特電池;
4.水母耳,仿照水母耳的結構和功能,設計出水母耳風暴預報器,能提前15小時預報風暴,對航海和捕魚安全具有重要意義。
5.根據蛙眼的視覺原理,人們成功研制出了電子蛙眼。這種電子蛙眼可以像真的蛙眼壹樣,準確識別物體的具體形狀。電子蛙眼安裝到雷達系統中後,雷達的抗幹擾能力大大提高。這種雷達系統可以快速、準確地識別飛機、艦船和導彈的具體形狀。特別是能夠區分真假導彈,防止誤認為真導彈。
電子蛙眼還廣泛應用於機場和交通線路。在機場,它可以監控飛機的起飛和降落,如果發現即將相撞的飛機,它可以及時發出警告。在交通道路上,它可以指揮車輛行駛,防止車輛相撞事故的發生。
6.根據蝙蝠超聲波定位器的原理,人們還模仿盲人用了 "探路器"。這種探路器裝有超聲波發射器,盲人用它可以在電線桿、臺階、橋梁等處發現盲人。如今,人們還制造出了具有類似功能的 "超聲波眼鏡"。
7、模擬藍藻的不完全光合作用,設計壹種仿生光解水的裝置,以獲得大量氫氣。
8.根據對人體骨骼、肌肉系統和生物電控制的研究,仿制出壹種人體增強機--行走機。
9.現代起重機的鉤子起源於許多動物的爪子。
10.屋頂的波紋模仿了動物的鱗甲。
11.船槳模仿魚的鰭。
12.鋸子模仿螳螂的手臂或鋸齒狀的草。
13.番紅花植物為尼龍搭扣的發明提供了靈感。
14.嗅覺靈敏的龍蝦為制造氣味探測器提供了靈感。
15.壁虎的腳趾為制作可反復使用的粘性錄音帶提供了令人鼓舞的前景。
16.貝類的蛋白質會產生壹種非常強的膠體,這種膠體可用於從手術縫合線到修補船只等各種用途。
著名的例子還有很多,如模仿海豚的皮膚而建造的 "海豚皮膚泳衣",科學家研究鯨魚的皮膚時,發現運河的結構上有凹槽,於是就有科學家按照鯨魚皮膚的結構,在飛機的表面蒙上了壹層薄膜,據實驗如果全國的飛機都蒙上這樣的表面,每年可以節約3%的能源,如果所有的飛機都這樣,每年就可以實現節能。如果全國所有的飛機都蒙上這樣的表面,每年可以節省數十億美元。再比如,有科學家研究蜘蛛,發現蜘蛛的腿上沒有肌肉,有腿的動物會走路,主要是靠肌肉收縮,現在蜘蛛沒有肌肉為什麽會走路呢?經過研究發現蜘蛛不是靠肌肉收縮來行走的,而是靠其中的 "液壓 "結構來行走的,人們據此發明了液壓行走器 ......總之,從自然界獲取靈感,模仿其結構進行發明創造。這就是仿生學。這是向自然學習的壹個方面。另壹方面,我們也可以從自然規律中得到啟發,利用自然規律的原理進行設計(包括設計算法),這就是智能計算的思想
鳥類對仿生學的貢獻
從始祖鳥出現到今天,在億萬年漫長的進化過程中,鳥類形成了導航、識別、計算、能量轉換等許多卓有成效的系統,它們靈敏、高效、準確。其靈敏性、高效性、準確性、抗旱性等都讓人嘆為觀止。研究這些結構和功能原理,並對其進行模擬,以改進現有或創造新的機器、儀器和流程,是仿生學研究的重要組成部分。
鳥類具有高超的飛行技術,當然,現代飛機在許多性能上遠遠超過鳥類,但在節能、靈巧方面卻相形見絀。如壹只鳥連續飛越海洋4000多公裏,減重0.06公斤;小蜂鳥不僅可以垂直起降,而且在采蜜時可以采取直立姿勢,懸在空中自由進出,靈活異常。這些特殊功能的研究和利用,將進壹步提高飛行器的性能。
例如,野鴨能在9500米的半高空悠然飛翔,而人在4500米時呼吸已十分困難。研究鳥類為什麽會在空氣稀薄的條件下腦血管依然暢通,可以對人類在供氧不足的環境下正常生活和延長壽命具有重要意義。
鴿子為仿生學做出了巨大貢獻。它的腿上有壹個小而靈敏的特殊結構,可以感受地震,人們根據它的原理仿制出了壹種新型地震儀,使地震預報更加準確。它的眼睛有特殊的識別本領,這是由於它的視網膜上有六種功能特化的神經節細胞:葉亮檢測器、普通邊緣檢測器、凸面邊緣檢測器、方向檢測器、垂直邊緣檢測器、水平檢測器,人們模仿它視網膜上的細胞結構制成了鴿眼電子模型,雖然結構沒有它那麽復雜完美,但安裝上雷達就提高了警惕性,應用於計算機處理數據前景廣闊。
地球上的海水占總水量的97%。目前海水的人工淡化器設備龐大、結構復雜、能耗高。但海鷗、信天翁等海鳥可以通過眼睛附近的鹽腺排出所喝海水中的鹽分,壹旦完成這壹功能的模擬,人類利用海洋的前景將更加廣闊。
此外,人們根據鷹眼的結構正在研制鷹眼系統導彈,這種導彈在飛行到打擊目標上空時就能自動發現、識別目標並進行跟蹤攻擊。
蝴蝶與仿生
彩蝶,如重月鳳蝶、褐紋鳳蝶、金斑鳳蝶等,特別是熒光翅鳳蝶,翅膀背面在陽光照射下不時金黃,時而綠色,時而由紫變藍。科學家通過對蝴蝶顏色的研究,給軍事防禦帶來了巨大的好處。第二次世界大戰期間,德軍包圍了列寧格勒,企圖用轟炸機摧毀列寧格勒的軍事目標和其他防禦設施。蘇聯昆蟲學家施萬維奇根據當時人們對偽裝缺乏認識的情況,提出利用蝴蝶的顏色在花朵中不易被發現的道理,用蝴蝶圖案偽裝覆蓋軍事設施。結果,盡管德軍竭盡全力,列寧格勒的軍事基地依然安然無恙,為贏得最後的勝利奠定了堅實的基礎。根據同樣的原理,後來人們還制作了迷彩服,大大減少了戰鬥中的傷亡。
人造衛星在太空中由於位置的不斷變化,會引起溫度的突變,有時溫差可高達兩三百度,嚴重影響許多儀器的正常工作。科學家們受到蝴蝶鱗片會隨陽光照射方向自動改變角度而調節體溫的啟發,將衛星溫控系統兩側的葉片做成輻射、散熱能力差異較大的百葉窗樣式,在每個窗戶的旋轉位置安裝有感溫導線,用溫度調節器就可以開關窗戶,從而保持衛星內部溫度恒定,解決了航天領域的壹大難題。航天工業的壹大難題。
--甲蟲與仿生
屁步甲蟲自衛時,可以噴灑壹種散發著惡臭的高溫液體 "炮彈 "來迷惑、刺激和嚇唬敵人。科學家將甲蟲解剖後發現,甲蟲體內有三個腔室,分別儲存著二元苯酚溶液、雙氧水和生物酶。二元苯酚和雙氧水流到第三室與生物酶混合後發生化學反應,瞬間變成100℃的毒液,並迅速射出。這壹原理現已應用於軍事技術領域。第二次世界大戰期間,德國納粹為戰爭需要,根據這壹機理制造了壹種功率巨大、性能安全可靠的新型發動機,安裝在飛行型導彈上,使其飛行速度快、安全穩定、命中率提高,英國倫敦在其轟炸中損失慘重。美國軍事專家受甲蟲噴氣式飛機原理的啟發,研制出壹種先進的二元武器。這種武器將兩種或兩種以上能產生毒劑的化學物質分別裝在兩個容器中,炮彈發射後隔膜破裂,兩種毒劑中間體在彈丸飛行的8至10秒內混合並發生反應,在到達目標後瞬間生成致命的毒劑殺傷敵人。它們易於生產、儲存和運輸,安全且不易失效。螢火蟲能將化學能直接轉化為光能,且轉化效率達100%,而普通電燈的發光效率只有6%。人們模仿螢火蟲的發光原理制成的冷光源可將發光效率提高十倍以上,大大節約了能源。此外,根據甲蟲的視覺反應機理研制成功的空對地測速儀已成功應用於航空工業。
--蜻蜓與仿生
蜻蜓通過翅膀的振動可以產生不同於周圍大氣的局部不穩定氣流,很好地利用氣流產生的漩渦使自己上升。蜻蜓能以很小的推力飛行,不僅能向前飛行,還能向後和向左右兩側飛行,其向前飛行的速度可達72km/h。此外,蜻蜓的飛行行為很簡單,就是依靠兩對翅膀不停地拍打。科學家根據這壹結構基礎研制成功了直升機。飛機在高速飛行時,往往會引起劇烈振動,甚至有時會折斷機翼而導致飛機墜毀。蜻蜓依靠翼痣的重量在高速飛行中安然無恙,於是人們仿效蜻蜓在兩翼加上飛機重量的平衡,解決了高速飛行引起振動這壹棘手的問題。
--蒼蠅與仿生學
昆蟲學家發現,蒼蠅的後翅退化成壹對平衡桿。當它飛行時,平衡桿以壹定頻率產生機械振動,可以調節翅膀的運動方向,是保持蒼蠅身體平衡的導航儀。科學家根據這壹原理研制成了新壹代導航儀--振動陀螺儀,大大提高了飛行器的飛行性能LlJ,能使飛行器自動停止危險的翻滾飛行,在機體發生強烈傾斜時也能自動恢復平衡,甚至當飛行器在最復雜的急轉彎時也萬無壹失。蒼蠅的復眼包含 4000 個可獨立成像的單筒望遠鏡,可以看到幾乎 360° 範圍內的物體。在蒼蠅復眼的啟發下,人們制成了由1329片小鏡片組成的壹次可拍攝1329張高清晰照片的蒼蠅復眼照相機,在軍事、醫學、航空、航天方面得到廣泛應用。蒼蠅的嗅覺特別靈敏,能迅速分析幾十種氣味,並能立即做出反應。科學家根據蒼蠅嗅覺器官的結構,將各種化學反應轉化為電脈沖,制成了非常靈敏的小型氣體分析儀,目前已廣泛應用於飛船、潛艇和礦井等場所檢測氣體成分,使科研、生產和安全系數更加準確可靠。
--蜜蜂與仿生
蜜蜂的蜂巢是由壹個個排列整齊的六邊形蜂巢組成的,每個蜂巢的底部是由三個完全相同的菱形組成的,這三個菱形經過現代數學家的精確計算--菱形的鈍角為109°28\',銳角為70°32\'完全相同,是最節省材料的結構。菱形的結構是最節省材料的結構,容量大且極其堅固,令許多專家驚嘆不已。人們模仿它的結構,用各種材料制成蜂窩夾層結構板,這種結構板強度高、重量輕、不易傳聲傳熱,是建造和制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛星的理想材料。蜜蜂復眼的每個單眼對相鄰偏振片的偏振光方向非常敏感,可用來準確定位太陽。科學家根據這壹原理研制成功的偏振光導航儀,早已廣泛應用於導航領域。
--其他昆蟲與仿生
跳蚤的跳躍本領很強,航空專家對此進行了大量研究,英國壹家飛機制造公司從垂直跳躍方式中受到啟發,成功地制造出了幾乎可以垂直起降的鷂式飛機。現代電視技術根據昆蟲單復眼的構造特點,制成了既能組成大屏幕彩色電視,又能組成小熒光屏彩色電視的大畫面,並能在同壹屏幕的任何位置框出幾個特定的小畫面,既能播出同壹畫面,又能播出不同的畫面。科學家根據昆蟲復眼的結構特點研制成功的多孔徑光學系統裝置,更容易搜索目標,已應用於國外壹些重要的武器系統中。根據某些水生昆蟲的復眼之間相互抑制的原理,制成了側抑制電子模型,應用於各類照相系統,所拍攝的照片既可增強圖像邊緣對比度和突出輪廓,又可用於提高雷達的顯示靈敏度,還可用於文字和圖片識別系統的預處理工作。美國利用昆蟲復眼處理信息和定向導航原理,研制出了極具實用價值的仿昆蟲復眼尋的末端導引頭工程模型。日本利用昆蟲的形態和特性開發了六足機器人等工程機械和建築物的新型建造方法。
--未來展望
昆蟲在億萬年的進化過程中,隨著環境的變化而逐步進化,其生存本領都在不同程度地發展。隨著社會的發展,人們對昆蟲的各種生命活動掌握得越來越多,越來越意識到昆蟲對人類的重要性,再加上信息技術的發展,特別是新壹代計算機生物電子技術在昆蟲學方面的應用,模擬昆蟲感知能力而開發的檢測物質種類和濃度的生物傳感器,參照昆蟲神經結構而開發的能夠模仿大腦活動的計算機等等。壹系列生物技術項目,將科學家的設想變為現實,並進入各個領域,昆蟲將為人類做出更大的貢獻。
--昆蟲懂得多
對人類危害最大的昆蟲是蚊子,每年有300萬人死於蚊子傳播的瘧疾、黃熱病、登革熱等傳染病。
螞蟻是力氣最大的昆蟲,它能承受 300 倍於自身體重的重量。
跳蚤是跳高冠軍,它壹跳的高度是體長的 200 倍。這相當於人類跳 400 米高。
蝗蟲是飛行能力最強的昆蟲,它可以不停地飛上九個小時。
食量最大的是天蛾的幼蟲,它在壹個月的生命中可以吃掉其體重的 8 萬倍。
壹條蠶能紡出壹公裏多長的纖維。
移動速度最快的昆蟲是熱帶蟑螂,它每秒可以移動40到43倍體長的距離,相當於人類每秒前進130米。
小蚋是振翅最快的昆蟲,每秒可以扇動6000萬次翅膀。
反差最大的昆蟲是壹種來自非洲的雞冠蝶,它美得令人窒息,但氣味奇臭無比,而且劇毒。
天蛾是壹種嗅覺靈敏的昆蟲,雄蛾能在十幾公裏外嗅到雌蛾發出的氣味。不過,雌蛾釋放的信息素只有 0.0001 毫克。
眼睛最多的昆蟲是太陽蠅,它的復眼由 28,000 只眼睛組成。
最勤勞的昆蟲是蜜蜂,它壹生都在不知疲倦地尋找花粉和花蜜,直到死去。
在蜂巢中,壹個由40克蠟制成的蜜室可以裝載2公斤蜂蜜。
蜜蜂必須從 2,000 朵花上采集花蜜才能釀出壹茶匙蜂蜜。
螢火蟲是光能轉化率最高的昆蟲,它們能把90%的能量轉化為光能。而我們通常使用的燈泡的能量轉換率只有5.5%。
最小的昆蟲是北美洲的壹種小蟲,只有 0.25 毫米長,可以穿過針眼。
最大的昆蟲是印度尼西亞的巨型竹節蟲,兩翼之間寬達 33 厘米;印度的巨型蠶蛾翼展達 30 厘米。
最原始的昆蟲是蟑螂,2.5 億年來幾乎沒有任何變化。
白蟻含有60%的蛋白質,而牛排只有15%,因此吃昆蟲的人越來越多,預計未來白蟻將成為人類重要的蛋白質來源。
最美麗的昆蟲是鞘翅目的壹種花金龜,它的鞘翅有金色、寶石藍、煙熏黑、檸檬黃、桃紅和豆綠等顏色,觸角發紫,極為協調。據說每只售價高達 5 萬美元。
種類最多的昆蟲是鞘翅目昆蟲,科學家預計地球上可能有三百多萬種昆蟲,目前已記錄的有近五十萬種,占已知動物種類總數的近30%,占昆蟲種類的壹半。
從仿生學的角度來看,人類對昆蟲研究最多的是蒼蠅,它的眼睛、腳、平衡桿、舔吸口器、免疫力、飛行技能等許多方面的仿生成果都可以應用到人類生活的許多方面。
槍蠅(草原科屁蠅屬)通過向自己噴射溫度約為 100 攝氏度的腐蝕性氣體(過氧化氫和對苯二酚的混合物)來擊退入侵者。它像槍壹樣連續發射 20 次,射程為 5 厘米,是其體長的四倍。這種甲蟲不會受到高溫或腐蝕性氣體的傷害。
昆蟲中智商最高的是蜜蜂,美國壹位科學家按照1、2、4、8、16、3200的規律......,往地面上的白色方格裏加糖,在它加到32結束準備64位的方格時,已經有許多蜜蜂在等待了,這位科學家沮喪地說:""我不知道我拿它們怎麽辦。我也不知道是我在拿它們做實驗,還是它們在拿我做實驗!"..這壹發現證明,有些動物也有抽象思維能力。
昆蟲之間最殘酷、規模最大的戰爭發生在螞蟻之間,我曾親眼目睹過這樣的事件。在近壹平方米的範圍內布滿了我們常見的螞蟻,它們在激烈地戰鬥,死傷無數。據說,南美洲的螞蟻大戰規模更大。這種戰爭場面可不容易見到。
--昆蟲與仿生學
壹種名為 "仿生蒼蠅 "的機器人可能會徹底改變戰場外科手術。這將是第壹個可以帶領受傷士兵在戰場上為他們提供緊急治療的機器人,因為在戰場上外科醫生進行手術太危險了。
以前的外科醫生機器人受到限制,因為它們要依靠受傷的軍人攜帶。
壹旦仿生蒼蠅發現傷員,它就會展開電動手臂,在可能遠在數百英裏之外的外科醫生的指導下進行手術。這種新型機器人是首個使用雙臂進行遙控外科手術的機器人。
該機器人將於本周晚些時候在海牙舉行的國際醫學模擬和教育大會上展示。
遠程外科醫生通過攝像機、三維視頻圖像、立體聲以及遠程工具和力量的反饋來控制機器人。當外科醫生移動工具時,仿生蒼蠅的手臂就會模仿。當機器人接觸軟組織時,外科醫生會通過力反饋感受到阻力。
它已被美國軍醫用作訓練輔助工具,並在動物身上執行壹些復雜的操作。
--蜜蜂
蜜蜂有很多種類。有些蜜蜂生活在大約 12 只蜜蜂組成的蜂群中,有些則單獨生活。蜜蜂的社會性最強,壹個蜂巢中的蜜蜂可多達 80,000 只。
蜂巢最顯著的特征是蜂窩,它由許多蜂室連接而成。每個蜂巢室都呈六角形,結構堅固。與其他形狀的蜂巢相比,它既省蠟又省力。
有些蜂房用來儲存食物,即蜜蜂從花朵中采集的花粉和花蜜。花蜜會在蜂巢中變成蜂蜜。所有的卵都由蜂王產下,蜂王在每個蜂巢中產壹個卵。接下來,這些卵將由雌工蜂照料。
每個蜂巢室都是由蜜蜂身體分泌的蠟制成的。蜜蜂會用嘴和前肢揉搓蠟,使其軟化,以便加工。
工蜂從壹朵花飛到另壹朵花時,會把收集到的花粉儲存在後腿上的花粉藍中。
壹個蜂巢有許多壁厚相同的蜂室。建造蜂巢的工蜂通過用觸角刺戳蜂巢壁來判斷蜂巢壁的厚度,以確定有多少蜂巢可以進入。
-- 螞蟻 "吸血鬼 "的發現解開了螞蟻進化之謎
在馬達加斯加發現了壹個食肉螞蟻群落。據科學家周二稱,螞蟻是世界上進化最成功的昆蟲物種,這種食肉螞蟻的發現將對解開螞蟻進化之謎起到非常重要的作用。
這種螞蟻非常可怕,以至於發現它們的人把它們命名為 "德古拉 "螞蟻,它們在饑餓時會吸食自己幼蟲的汁液來補充自己,這種行為被認為是數百萬年前螞蟻和黃蜂之間的進化過程。
加利福尼亞科學院的布萊恩-費舍爾在馬達加斯加首都塔那那利佛外55英裏處的壹個腐爛樹樁內發現了這種食肉螞蟻。
這種螞蟻雖然在人類已知的昆蟲物種中體型較小,但卻是地球上分布最廣、數量最多的物種。研究人員想知道是什麽因素使螞蟻在進化過程中如此成功。
馬達加斯加是非洲東南部海域的壹個島嶼,它被視為生物信息的寶庫,因為壹些古老的物種或 "遺跡 "能夠在相對孤立、缺乏新物種競爭的環境中生存下來。
"德古拉 "螞蟻於1993年首次在馬達加斯加被發現,但費舍爾的發現是首次發現這種螞蟻的活體群落。這將使科學家們能夠更多地了解螞蟻的進化過程。費舍爾認為,"德古拉 "螞蟻與早期的黃蜂之間存在著明確的聯系。
在這種螞蟻群落中,蟻後和工蟻在饑餓時會來到洞穴的幼蟲室,在幼蟲身上打洞,吸食它們的體液作為養料。
費舍爾解釋說,這就是他把這種螞蟻命名為 "德古拉 "的原因,"德古拉 "指的是壹種吸血鬼。"他說:"我們認為這是壹種非常殘忍的自相殘殺行為。
他認為,未來對 "德古拉 "螞蟻的研究可以為科學家提供更多有關螞蟻行為發展的線索。最終,它將使科學家們重新考慮他們對螞蟻如何進化的所有假設。"這些首次發現告訴我們,目前關於螞蟻進化的假設是不準確的。這壹發現最重要的不是我們發現了壹個新物種,而是它對幫助我們解開生命進化之謎具有重要意義。
--從蝴蝶翅膀到假鈔
在壹般人看來,蝴蝶翅膀和假鈔、假信用卡是風馬牛不相及的兩件事,根本沒有任何聯系,但如果妳耐心讀完這篇不到1000字的小文章,妳就會明白其中的壹些緣由,也會看到仿生學這門學科的又壹妙用。請繼續閱讀!請繼續閱讀
仿生學是壹門研究如何模仿生物的結構和功能,以制造出造福人類的裝置或物品的學科。最近,英國《自然》雜誌發表了壹篇關於生活在印度尼西亞的壹只蝴蝶翅膀顏色形成的報道,這不僅向我們展示了大自然的奧妙,也為開發更新的防偽鈔票開辟了壹條仿生學思路,讓壞人再也無法偽造鈔票。
幾年前,英國埃克塞特大學薄膜光子學實驗室的物理學家烏夫維西奇和另外兩位同事開始研究蝴蝶的翅膀,因為他們偶然遇到了壹種名叫大冠蝶的蝴蝶,這種蝴蝶的翅膀原本是黃色和藍色的,但在人眼中卻變成了閃閃發光的綠色。他們用顯微鏡觀察大冠蝶的翅膀,發現蝴蝶的翅膀上竟然布滿了向下凹陷的凹坑,這些凹坑非常小,只有萬分之四厘米左右,凹坑的底部是黃色的,而凹坑的斜面則是蘭色的。烏韋希克是這樣解釋為什麽大鳳蝶的翅膀在人看來是綠色的:當光線射到凹坑底部時,被反射成黃色,光線射到凹坑的壹個斜坡上也被反射,但這束反射光入射到另壹個斜坡上又被反射,這時,由於凹坑太小,人眼無法區分從凹坑底部反射的黃色光線和從另壹側周圍區域反射的蘭色光線,因此感知到它是綠色的。因此,人眼感知到的是綠色。此外,他們還發現這兩種反射光還改變了光的偏振方向,人眼無法分辨,但蜜蜂等昆蟲卻能察覺。解釋光的偏振方向需要壹些專業知識,而顯而易見但不太精確的解釋是光子在電磁場中的振動方向。
如果是普通人發現了這些奇跡,可能只會擊掌贊嘆造物的神奇。然而,烏韋希克和其他人卻想到了假鈔。他們目前正在研究如何模仿大冠蠑螈蝴蝶翅膀的結構,而不是在紙幣或信用卡上布滿小坑,這樣,無論造假者印制的假幣在外觀上與真幣多麽相似、他們絕對沒有技術在假幣上也布滿與真幣壹樣分布、壹樣大小的小坑,只要我們用特殊的光學儀器發出偏振光,看看反射光的偏振方向,就會真假畢露,壹目了然。辛辛苦苦掙來的血汗錢就不會再被騙子騙走了。妳看,蝴蝶翅膀和防偽鈔票有什麽關系呢?
--蠶桑:未來理想的 "昆蟲工廠"
蠶桑,起源於中國,它生產的蠶絲是最好的天然纖維,用它生產的蠶絲為美化人類生活做出了不可磨滅的貢獻。隨著生物技術的高度發展,蠶有可能成為21世紀生產高級藥品和其他有用物質的 "昆蟲工廠",為人類做出新的貢獻。
日本農林省在築波科學城建立了蠶與昆蟲農業技術研究所,從事利用蠶建造 "昆蟲工廠 "的研究。這裏的科學家基本開發出了 "昆蟲工廠 "所需的各種 "設備 "和工藝,如能產生有用物質的轉基因蠶、自動化養蠶系統,以及以蠶為對象,冷凍和解凍體液以提取有用物質。
例如,田村俊樹領導的研究所基因工程實驗室通過植入DNA(脫氧核糖核酸),在蠶的染色體上標記水母的綠色熒光蛋白基因,成功地培育出了發光蠶。這壹成果意味著,如果將綠色熒光蛋白基因替換成其他有用物質的基因,蠶就能成為生產這些物質的 "工廠"。
作為生產先進藥品和其他產品的 "昆蟲工廠",轉基因蠶必須飼養在高度潔凈的環境中。為此,研究所開發了壹套全自動飼料生產和供應系統。該系統由人工飼料生產裝置、多級循環式轉基因蠶飼養裝置和飼料供應裝置組成。整個過程也由計算機控制,可自動調節室內的溫度、濕度和空氣。由於是無人操作,外界的雜物、細菌和病毒都不會進入室內。這套自動化系統可養蠶 2 萬張,"昆蟲工廠 "的生產規模相當可觀。
與大腸桿菌和螞蟻相比,蠶的體型相對較大。但它畢竟是昆蟲,壹條蠶能產生的有用物質非常少。如何從轉基因蠶中高效提取有用物質,成為 "昆蟲工廠 "技術發展的課題之壹。科學家宮澤光博利用冷凍幼蟲(主要是鱗翅目)在溶解時體積縮小的現象,開發出了 "冷凍溶解體液獲取法"。在這種方法中,將處於麻醉狀態的轉基因蠶放入濃度為 70% 的乙醇中,然後在零下 30 攝氏度的環境中冷凍。在這種狀態下,蠶的腹足被切除,然後轉移到含有抗黑化劑的緩沖溶液中解凍,由於解凍過程中產生的收縮,有用的體液直接從切除腹足的地方流出。這種方法的優點是不需要專門的設備和復雜的程序,冷凍可以長期保存蠶體內產生的有用物質。這位科學家用這種方法從 500 條蠶中提取了 370 毫升體液,效率相當高。他已經為這種體液采集方法申請了國際專利。
Dr.該研究所所長、農學博士北村實斌告訴記者,"利用昆蟲的功能 "是該研究所的主要研究領域之壹,每個部門都在對蜻蜓、螞蟻、蝗蟲、香椿象鼻蟲、蜜蜂、白薯蛾、獨角仙、美洲大蠊、斜夜蛾等約50種昆蟲進行研究,試圖利用它們獨特的組織結構和腦神經來改善大腦的健康狀況。研究目的是利用其獨特的組織結構、大腦和神經系統、生殖功能和運動功能,制造新材料(如氨基酸分離膜、人造皮膚、抗凝血材料、骨結合材料、抗菌蛋白質、抗血栓藥物、免疫活性物質等),開發仿生物技術(如制造生物傳感器、生物芯片、微型機械,以及害蟲、家畜和漁業的行為控制技術等)。利用蠶建立 "昆蟲工廠 "是優先事項之壹。
北村認為,蠶非常適合用作 "昆蟲工廠"。原因是蠶體型大,有大量的漿腺,漿腺是產生蛋白質的器官。到目前為止,科學家們已經從生理、生化和遺傳學等多個角度對蠶進行了研究,因此技術開發相對容易。此外,家蠶不會飛,易於分離和管理,安全性高。迄今為止,世界上還沒有將轉基因技術應用於家蠶技術改造和利用的先例,日本科學家的研究具有開創性意義。