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光线对生命的意义

2019-04-23    

中国照明网报道

   作者:李华辉 何明智  

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导语: 植物为什么是绿色?花儿为什么这样艳,飞蛾扑火又为哪般?生物的趋光性是为什么?鸟类为什么会撞上大楼?鲸鱼又为什么会自杀?这些看似简单的问题世界上却没有多少人真正知道,这些现象的背后有着奇妙的生物物理原理。要回答这些问题,请允许我从从地球生命的早期开始。

  植物为什么是绿色?花儿为什么这样艳,飞蛾扑火又为哪般?生物的趋光性是为什么?鸟类为什么会撞上大楼?鲸鱼又为什么会自杀?

mg电子平台  这些看似简单的问题世界上却没有多少人真正知道,这些现象的背后有着奇妙的生物物理原理。要回答这些问题,请允许我从从地球生命的早期开始。

mg电子平台  在太阳光能中,由于大气层反射与太阳电磁波的复杂作用,导致只有部分光能到达地球表面,这些光集中在波谱从紫外线到红外线的波段,99%的波能引起人视觉。整个光谱波段对生命起作用的为波长0.8微米~0.4微米,也即是所有能完全穿透大气层的太阳光。相对而言,紫外线为高能波,红外线为低能波,其它高能波:χ射线,Β(钡塔)射线,γ(伽玛)射线,极少能射到地表。它们被厚厚的大气层所阻挡。

mg电子平台  所以生命体只有利用仅存的恒定光能,从红外线~紫外线,生命体利用其中的红外线为自己提供热能,利用紫外线协助繁衍后代,这是因为紫外线能量更高,它们照射时所引起的振动能可以促进细胞分裂。所以经反复试验后,聪明的植物最后决定自己的颜色为绿色,这样在光谱中,赤橙黄绿青蓝紫,绿色距红线与紫外线都是相等的距离,处于正中间!这样植物能够均衡的地全面吸收光能,同时也反射绿色光给动物看到,好让动物吃掉植物的同时通过拉便帮助植物的种子到处播撒,这是和谐的社会化协作,奉献自己就是帮助自己,如果不反射一点光线植物将会是黑色,那么它将在黑暗中孤独终老,默默得死去,最终整个种族灭亡。我们人类看着绿色感觉舒服正是进化自然选择的结果,如果看着绿色难受人类早就难受死而不会进化到现在了。

mg电子平台  随着地球早期植物生长过程所排放的氧气增多,近15亿年时间里大气中的氧气急剧增加,氧气与太阳高能光子在空中再次发生反应生成臭氧O3,随着臭氧的增多,大气中形成了臭氧层,臭氧层有一个特征,就是反射紫外线,而紫外线是植物繁殖的重要条件。随着臭氧层加厚,紫外线大量减少,植物大批死亡,幸存下来的植物开始思考,它们想出了一个绝妙的办法,这个办法是生命进化的重大事件。这个事件称为植物开花事件。

  为了生存就须有足够的紫外线,于是绝境中的植物想出好办法,开花!在繁殖季节开花,利用花辨组成一个凹型抛物面反射镜,和微波雷达或喇叭一样,通过抛物面形状的花瓣反射太阳光中的紫外线,将其聚焦在花蕊花粉部位,聚焦的高能紫外线照射在受精的花粉上,帮助受精卵的细胞分裂,这时聪明的植物已经是熟练使用太阳能的高级工程师了。

  这时动物也出现了高速分化,昆虫为方便吃植物顶部的幼嫩部分,进化出了翅膀,后来植物开花,昆虫改吃花朵,为了保护花朵,植物想出另外一个办法,分泌花蜜,后来昆虫由于对花蜜的偏爱,自身发生了突变,口器变成了吸管,便于吸取更加可口的花蜜,昆虫眼睛进化也发现了花朵的秘密,能在远处看见花朵所反射的紫外线。这时植物发现了一件令自己也意想不到的好事,昆虫传粉比风的效率更高。于是不同物种结成进化中的伙伴关系,又是社会化的动植物大协作!

  花朵分泌更多的花蜜,以感谢昆虫的受粉功劳。为了便于昆虫发现自己,花朵越开越艳(这就是花儿为什么这样艳的答案),花蜜使花朵得以保全,紫外线的收集没有被破坏,并且由于昆虫参与植物繁殖,效率反而大大提高!植物开花使得昆虫也完全明白紫外线,它朝反射紫外线的地方飞去准有花蜜。昆虫牢牢地记住这一点并把秘密遗传给后代。

  蜘蛛先是不清楚昆虫与花朵的构当,为了吃到更多的昆虫就必须展开对昆虫的研究。于是它们开始思考,一些没有耐心的蜘蛛放弃研究工作,另一些就坚持下去,后来坚持不懈的研究有了回报,蜘蛛破译了昆虫的秘密。于是它们向植物学习也撑握了反射紫外线的技术,它们在网上涂上反射紫外线的物质,于是动脑筋的蜘蛛终于有回报,它们成功了!坐等食物送上门来,因为许多时候粗心的昆虫把蜘蛛网反射的紫外线当作了花朵,饥饿的昆虫想用餐,不幸的它却成了蜘蛛的点心!那些没有耐心研究的蜘蛛就这样被自然淘汰了。

mg电子平台  紫外线减少事件几百万年过去了,幸存的地球生命也适应了这种改变,其中包括细菌等微小生命。但是当紫外线急剧增加,它们便受不了,大量紫外线会振碎它们的肌体结构。最后人类也破译了这个秘密,于是医院用紫外线杀菌消毒。这是人类比植物迟20亿年才掌握的知识。

  接着我们再说飞蛾扑火的原理。

  我们对昆虫的趋光性有的时候是误读,特别是飞蛾扑火!我们以为是昆虫喜欢追逐光明,其实这是数千年的误解,要不它们怎么不齐刷刷朝着太阳月亮飞? 就会飞的昆虫来说,有一种解释是这样:昆虫并不是正对着光源飞过去,它只是利用光线来导航。

  月光或太阳光基本上是平行光,昆虫只要确保自己的飞行方向与光线之间的夹角为固定值,那么它的飞行路线就是直线。亿万年来,昆虫就是利用这一原理为自己导航的。

  但是人类出现后,夜间的点光源越来越多,点光源发出的光不是平行光,昆虫不知道,它们还以为是天上的星星,继续按照「飞行方向与光线夹角为固定值」的方式导航,飞行路线就不再是直线,而变成了等角螺线,盘旋着趋向光源。

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  当然这只是解释了一种情况。

  生物的本能是向自己能看得到或能看得清的目标前进,所以在白天光照条件好的时候,任何动物都不会奔着最强的光源(如太阳)而去,而是各自在视觉良好的条件下寻找自己感兴趣的目标,动物感兴趣的目标首先是食物。

  光可以分很多种,不是所有的昆虫都趋光,也不是所有的光昆虫都会趋。蚜虫趋黄色,它认为那是它的食物——黄色的花朵或嫩芽。大部分蛾子都是晚上活动,白天太阳一出就躲起来,不躲起来就被鸟吃掉了。

mg电子平台  只有在夜间,什么都看不清的时候,少数或唯一能看清的东西(光源)才会成为独一无二的、本能首选的目标。这叫趋光性。

  所以飞蛾扑火从两方面可以解释:1、火焰发出了紫外线让飞蛾以为是花朵所以扑过去吃花蜜;2、飞蛾误认为火光是星光,让它以为自己相对“星星”在直线飞,实际它是在绕着火光螺旋形地飞,越飞螺旋线越小最后绕进火焰里。

mg电子平台  由光线给动物导航的理论也可以解释鸟群夜间撞到城市的高楼死亡和鲸鱼自杀之谜。

  在自然界的鸟类大脑中也像扑火的飞蛾一样没有对人类灯光的记忆和认识,夜间飞行的鸟把城市的灯光当成了星光,它们还以为是和星光成固定角度在直线飞行呢,等看到是大楼的墙壁时高速飞行的鸟已经刹不住车了,“车祸”发生了。鲸鱼自杀之谜也许同样可以用这个理论来解释,鲸鱼也把岸边城市的灯光当成了星光,它们也在靠着这星光在导航,等搁浅时它们已经失去了海水的浮力,被自己巨大的身躯给压死了。这也许是鲸鱼自杀大多发生在夜间的原因。

编辑:严志祥

来源:河南赛兰仪器设备制造有限公司

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