书城科普世界科普故事精华:科学之谜故事卷
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第16章 未解篇(6)

许多年前,在印度的英国医生曾报道,瑜珈信徒们能表演令人惊异的技艺,包括显着减缓其心跳、呼吸及新陈代谢速度。原因是,通过锻炼和精神训练,或通过一种含有“生物反馈”法则的自我适应形式,瑜珈师们获得了控制自身躯体和精神的非凡能力。这些能力很可能包括已经描述过的大脑波形的改变,尽管在过去的岁月,瑜珈师并不知道大脑中存在着电活动。

与瑜珈术相仿,生物反馈包含了自主控制系统——神经系统中的自主神经系统,这一系统的活动不受意识控制,诸如对呼吸、心跳和血压的控制。

生理的节奏

在正常情况下,人类生理节奏日节律受太阳升落的持续影响。但是,对于那些与外界隔离的人来说,诸如囚禁在暗无天日地牢中的犯人,其生理节律就自动地延长了。

生理日节律似乎部分地受位于大脑基低部、靠近垂体的下丘脑的控制。下丘脑调节垂体的分泌,并依次影响其他内分泌腺的活动。其作用于肾上腺皮质,并改变氢化可的松的释放过程,似乎对某种类型的节律极为重要。这些结构具有高度适应性。

绝大多数的人接触各种自然刺激,生理日节奏的细微变化对他们来说是至关重要的。体温、血压、脉搏、呼吸以及激素活动,无不伴随着地球的缓慢旋转而起伏不已。

同理,一个人的能力、脾气甚至抗感染能力,都受生物钟的支配,这就是为什么一些癫痫患者仅在一天中的某一时刻发作,以及为什么孕妇常常感到早晨不适。

生理日节律的不同,是造成晚上清醒、通宵工作与早起早睡这两种截然相反生活习惯的根本原因。令人惊讶的是,尽管晚睡型的人比早起型的入睡迟,但他们的起床时间却相近。早起型的人,体温和精力上升较快,但一到晚上,就再也提不上精神了;而恰恰在这时,晚睡型的人正处于其精力高峰。

经常乘飞机的旅客都有“高速飞行导致生理节奏破坏”的体会。当他们快速地从一个时区飞向另一时区后,一种糊涂、懒散的感觉油然而生。这是因为人体生理节律尚未适应新的时间环境,但一周以后,就会逐渐适应下来。

最明显的周期是妇女的月经周期。这一月变化生理节律能显着地改变女性的情绪,以及影响她对疾病的抵抗力。男性也存在激素活动的月周期,但较不明显。

嗅觉之谜

人为什么会闻到一些味呢?因为气味分子都是挥发性的,它们漂浮在空气中。当你吸气时,气体分子进入鼻道,经过鼻腔的温暖和湿润之后,进入大脑下面及鼻梁后端两个狭长的腔室内,腔内有一对如衣领纽扣般大小的皮肤突出物,表面覆盖有湿润的粘液状物质,气体分子便以其神秘的方式同这嗅觉神经元的神经末梢感受器相结合,从而向大脑的嗅觉中枢发出信号。这样就产生了嗅觉。

传统的生理学常常把人类的嗅觉看作正趋向退化的原始感觉。如今,一系列新的研究使生理学家对嗅觉刮目相看。研究者认为,嗅觉可能是人类最重要的感觉,许多关于嗅觉的谜正等待人们去揭开。

据统计,大约每15个脑外伤病人中就有1人会丧失嗅觉。此外,流行性感冒、脑瘤、过敏性变态性反应、老年等原因也会造成部分或全部、暂时或永久的嗅觉丧失。研究结果证明:人们享用各种食物时,至少有3/4的美味感觉来自于嗅觉,只有1/4来自味觉。这是因为食物的各种香气通过嘴巴背后的鼻咽直接进入鼻腔,被大脑感知。一旦失去嗅觉,美味佳肴就会大为失色。倘若你把鼻子捏住,就很难说出是在吃一片苹果还是一片生马铃薯。

人的嗅觉是相当灵敏的。在美国费城进行的人类嗅觉灵敏度实验,其结果令人吃惊:人可以用嗅觉区分两只外貌完全一样的老鼠,这两只老鼠各方面的遗传特征几乎完全一样,只是染色体上有一组基因不同。这样细微的遗传差异,即使用最先进的分析仪器也难以鉴别,可是人却能用鼻子嗅出它们尿液的不同!

气味总是与记忆相联系的,没有记忆,气味将变得毫无意义。嗅觉和记忆的联系虽然紧密,但人们对嗅觉的记忆也不很精确,这一点不像视觉和听觉。为什么人对嗅觉的记忆不如对视觉的记忆精确?这又是个有趣的谜。

气味的本质是什么

某些物质为什么会发出一种特定的气味?这些气味是怎样对人或动物嗅觉器官起作用的?这些嗅觉器官的构造如何以及怎样工作的?

有人试图用物质化学成分的特性来解释气味的本质。可是,有不少亲本物质,却发出不同的气味。又有人提出,气味与分子的空间结构有关。但研究证明它们之间并没有明显的联系。

研究人员又从物理学角度提出许多假说来解释气味之谜。其中有一种称为“锁和钥匙”的理论。这个理论认为,动物的嗅觉器官中有形状和大小都不同的细微小孔,所以,像钥匙对锁的钥匙孔一样,只有特定物质的分子进入这些很细的小孔内才能使动物闻到这种气味。那么,应该有多少这种“对口径”的小孔才能区分出大量气味的所有细微差别呢?研究者没有答案,所以“锁和钥匙”的理论也没有说服力。

大多数科学家们推测对气味感受的差别就在嗅觉器官本身的构造上。嗅觉器官重要的特点是具有特殊的细胞。“有气味”的信号是通过这些细胞传递到大脑的。但是,首先这就要求细胞能捕捉到气味,那么它又是怎样捕捉的呢?有人指出,气味与鼻腔内的鞭毛接触,从而引起嗅觉。但物质的气味分子又是怎样才能进入鞭毛的呢?况且鞭毛还被一层由专门腺体分泌出的粘液遮盖着,这就要求这种有味物质应能稍稍溶解于粘液才行。如果这种物质不能溶解,那么它在鼻腔中就无法表明自己的存在。对此,研究人员又想到粘液是一种水溶液,因此具有电解质的性质。由此人们猜测,有味物质可能以某种方式影响电解质的结构和离子组成,并借助离子表明自己的存在。很可惜,这一假设并没有得到证实。

现在,对关于气味本质的一些相关问题只能做一些假设和推测,没有足够的理论依据,因此还不能解开这个气味之谜。

昆虫为何具有建筑技巧

在我国广西和云南两地的南部以及海南岛,都有许多耸立在那里像塔一样的“建筑物”,这是白蚁为自己建造的巢,人们称它为“蚁塔”。

蚁塔一般高为2~3米,最高的竟达6米。它主要是用泥土以及少量的白蚁分泌物和排泄物建成的,这种建筑很结实,风吹雨淋也不会倒塌。

蚁塔内部结构极为复杂。通常有1个主巢和3~5个副巢,巢内又分隔开,形成许多小室。一般主巢的中部,是蚁王和蚁后的“王室”,此外,还有孵化室、羽化室、仓库等。蚁塔内还建有一些竖直的空气调节管道,以及沟渠和堤坝,用来流通空气和排除流入的雨水。

在河里、水洼及沟渠等处,人们还可以看见沼石娥幼虫建造的精巧而细致的“套子房屋”。沼石娥幼虫下唇末端有一块不大的唇舌,上面有丝腺孔,孔中分泌出一种能在水里迅速凝固的粘性物质,幼虫把这种粘性物质涂抹在小介壳、沙粒及植物碎屑等物的上苗,并把它们粘起来。幼虫还把这种分泌物抹在套子房屋的内部,让“房子”光滑、整洁。

蜜蜂的建筑更让人难以相信,如果你仔细观察蜂巢,就会发现它是由无数六角柱状体的小房子联合起来的。房底呈六角锥体状,它包括6个三角形,每2个相邻的三角形可以拼成1个菱形,1个房底由3个相等的菱形组成。18世纪初,法国学者马拉尔琪经过仔细测量,发现每个房底部3个菱形截面的角度都相等,菱形的锐角为70°32′,钝角为108°28′。经过计算得知,以这样的菱形而组成的蜂巢结构,容量最大,而所需的建筑材料最少。

这些昆虫为什么具有如此卓越的建筑技巧才能呢?至今还没有人能解开这个谜。

鸟类也会冬眠吗

有许多陆生脊椎动物都存在着冬眠现象,而鸟类是陆生脊椎动物中种数最多的类群,那么,鸟类中是否也存在冬眠呢?这个问题引起了人们的极大兴趣。

随着人们对鸟类季节性迁徙的研究,再也没有人相信鸟类也存在冬眠现象。可是,后来有一件事改变了人们的看法。1946年12月,3位生物学家在美国加利福尼亚洲南部的一个深山谷中发现,一只小弱夜鹰,僵硬地蜷缩在岩石裂缝中。开始他们以为这是一只死鸟,但它的一只眼睛眨了一下,使他们大吃一惊。经过长时间的观察和一连串的实验,他们发现弱夜鹰的体温仅有18.1℃,而正常情况下是41.1℃;眼睛对光线没有反应,心脏跳动很微弱;把镜子放在它鼻孔前,没有一点湿气凝结。这样一只睡得昏昏沉沉,像死了一样的鸟,到春暖天气温度升高时,却醒来飞走了。他们连续4年的冬天对小弱夜鹰进行观察,否定了鸟类不存在冬眠现象的说法。

在鸟类中,临时性的“睡眠”现象并不罕见,但像弱夜鹰那样的完全冬眠,却是极少见的。真正进行冬眠的恒温动物,如冬眠的哺乳动物,必须具备生理上的一些适应机能,比如心跳次数几乎减少98%,体温降到只比外界温度高出1℃,机体停止产生热量等。但它的神经系统能照样产生神经冲动,对外界刺激也能作出相应的反应;它还必须具有在没有肌肉活动的情况下使体温骤然回升的能力。另外,在它的体内还必须有一个准确的“生物钟”,用来诱导它年复一年的冬眠与苏醒等等,而鸟类是不具备这些能力的。

鸟类到底是在冬眠吗?它是如何适应冬眠这一生理现象的呢?这还需要生物学家们进一步研究。

海豚睡觉吗

任何动物在睡眠时总有一定的姿势,使全身肌肉处于完全松弛的状态,可海豚却从没有现出过肌肉完全松弛的状况,难道海豚不睡觉吗?

美国动物学家约翰·里利认为,海豚是利用呼吸的短暂间隙睡觉的。这时睡眠不会有被呛水的危险。经过多次实验,他还意外地发现,海豚的呼吸与其神经系统的状态有特殊的联系。里利曾作过一次实验:他把海豚放在一张实验台上,然后给它以每公斤体重约30毫克的剂量注射麻醉剂,半小时后,海豚的呼吸变得越来越弱,最后死了,以后的大量实验也证明,海豚不宜注射麻醉剂,否则就会立即死亡。

为什么会有这种现象呢?动物学家们认为,海豚是在有意识的情况下睡眠的。因此对海豚的神经系统施加轻度影响,一定会导致海豚死亡。

海豚的睡眠之谜,使研究催眠生理作用的生物学家产生了浓厚的兴趣。他们将微电极插入海豚的大脑,记录脑电波的变化,还测定了头部个别肌肉、眼睛和心脏的活动情况,以及呼吸的频率。结果发现,海豚在睡眠时,呼吸活动和平常一样。与其它动物不同的是,海豚在睡眠时仍然还在游动,并有意识地不断变换着游动的姿态。进一步的研究证明,海豚在睡眠时,其大脑两半球处于不同的状态。当一个半球处于睡眠状态时,另一个却在苏醒中;每隔十几分钟,它们的活动状态更换一次,并且很有节奏。正是由于海豚大脑两半球睡眠和觉醒的更替,才能使它维持正常的呼吸和游动,而麻醉剂一下子破坏了大脑两半球的正常交替,使它们都处于休眠状态,从而阻塞了呼吸的进行。

海豚到底是如何睡眠的,它的睡眠会为人类提供什么新的启示?这有待于科学家们继续努力去探究。

企鹅识途之谜

为了揭开企鹅识途之迷,科学家们曾做了这样一个实验。他们捕捉了5只未成年的企鹅,在它们的身上做了标记,然后把它们转移到距离它们的故乡1900千米以外的被冰雪覆盖的5个不同地点放掉。1个月以后,它们靠步行、滑行和游泳,穿越没有任何标志的冰川雪原,一个不少地回到了故乡。

这使科学家们困惑了。本来,人们采用了现代化的技术,对候鸟往返、动物迁徙、鱼类洄游等现象进行研究,可至今还没有得出令人满意的结论。企鹅这种独特的识途能力又向科学家们提出了挑战。为解开企鹅识途之谜,各国的动物学家纷纷奔赴南极进行研究和观察。

在南极洲,科学家们做了各种各样的试验。有人在远离企鹅故乡几百千米以外的地方,将一只只企鹅分别放进洞穴里,在上面盖上盖子。那里一马平川,没有任何标记和特征。然后他们在三个不同位置的观测塔上观察放企鹅的地方。过了一段时间,企鹅从洞里出来了,起初,那几只企鹅不知所措地徘徊了一阵,随后就不约而同地把头转向同一个地方——它们的故乡所在的方向。经过多次观察,科学家们初步认定,企鹅识途与太阳有关,而与周围环境无关。它们体内的“指南针”是以太阳来定向的。但是,企鹅要想用太阳来定向,它就必须具备与太阳相配合的体内时针,以便能从某一特定时刻的太阳位置来推定出哪儿是它们的家乡。可是,企鹅的体内时针是什么?它又是怎样与太阳相配合的?这些人们一时还说不清楚。

动物的超常感之谜

动物和人一样,也具有超常感本能,它们也能够预感危险,这就是它们的心灵感应。

在美国,有只两岁的英格兰血统牧羊犬博比,它的主人名叫布雷诺,家住美国俄勒冈州。1923年8月,布雷诺带着小狗博比从俄勒冈州去印第安纳州的一个小镇度假时,博比不幸走失了。从此博比开始了它神奇、惊险、而又极不平凡的超常旅程。博比用了6个月的时间,历尽千难万险,历经3000里路程,终于从印第安纳州回到了俄勒冈州的家,找到了它的主人。