昆虫（器官）和仿生学1一、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。2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。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。31、线状（丝状）：触角细长，呈圆筒形。除第一、 二节稍大外，其余各节大小、形状相似，逐渐向端 部变细。例如蝗虫、蟋蟀及一些蛾类等。 （二）触角的类型4 2、念珠状：鞭节由 近似圆珠形的小节 组成，大小一致， 象一串念珠。例如 白蚁、褐蛉等。 56 3、锯齿状：鞭 节各亚节的端部 向一边突出呈角 状，触角看起来 象一个锯条。例 如叩头虫、雌性 绿豆象等。 7 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。8绿豆象9antenna叩头甲10 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 。1112 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。1314 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。15 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。1617 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。1819211. 蜜蜂的触角；2. 第3节基部的感觉器20 10、环毛状：除 基部两节外，每 节具有一圈细毛 ，近基部的毛较 长。列如雄性的 蚊、摇蚊等。2122 11、刚毛状：触角很 短，基部的一、二节 较大，其余的节突然 缩小，细似刚毛。例 如蜻蜓、蝉、飞虱等 。2324 12、具芒状：触角很短 ，鞭节仅一节，较柄节 和梗节粗大，其上有一 根刚毛状或芒状构造， 称为触角芒。触角芒有 的光滑，有的具毛或呈 羽状。这类触角为双翅 目蝇类所特有。2526蝴蝶的触角用 来感觉味道27蚊子的触角可 以听到声音。 28蚂蚁、蜜蜂见面后 互相碰触角，传递 信息。 29仰泳蝽靠触角使自己在游泳 时保持身体的平衡。 30二、复 眼 位置：颅 侧区，但 常有变化 ，如突眼 蝇、豉甲 等。 形状：多 圆形、卵 圆形。 复眼由若 干大小不 一致的小 眼组成。 家蝇的复眼31 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。 32牛虻的复眼33突眼蝇的复眼34天牛的复眼35 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。3637许多“点的影像”互相结合便组成 整个物体“镶嵌的影像” 38翅翅wing wing 3940鳞 片41二、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。42前言生物体生物模型数学模型技术模型技术装置仿生学的研究方法43 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， ）44l 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。 l 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。45 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”。46l 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。l 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。47l 1966年底，ATiselius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 。 l 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： l“你们能从书上学到原子弹的知识，但学 不到人工合成胰岛素。”48仿枯叶蝶的迷彩服三、与昆虫有关的仿生学研究49 复眼与多屏幕电视墙50l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。 l 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。 l 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。 51 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 ）。 52 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 。53l 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。 l 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。 54l 蝴蝶色彩与伪装l 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。 l 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 。 l 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。 5556拟态与仿生57拟态仿生拟态仿生坦克的迷彩着装58三色迷彩的德国“豹”I坦克在电视成像下的效果拟态仿生拟态仿生坦克的迷彩着装5960l 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l 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。l 科学家们受此启发，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。 61鳞 片6263l 屁步甲炮虫自卫时，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。l 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。l 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。 64步甲的自卫放屁御敌65p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。p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810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。p它们易于生产、储存、运输，安全且不易失效。 66l 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。 l 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%，67l 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。l 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。 68昆虫触角与仿生l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。l30个性引诱素分子便能促使一只雄美洲蟑螂产生性兴奋。l雌松树锯蝇，其气味能招引约1亿只雄蝇 。69l 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。 l 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。 70蜂巢与仿生l 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 10928，锐角7032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。l 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。 71l 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。 72蜂巢水果托盘73蜂巢式互联网74 巴塞罗那建筑史上最前卫、最疯狂的建筑艺术家，高迪。 7576 圣家教堂 77l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 787980818283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。Robofly84l科学时报讯(记者 晓峰) 澳大利亚国立大