书城童书我的第一本动物科学探索发现
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第16章 动物学家的故事(16)

科学家认为,自从6500万年前恐龙灭绝之后,地球曾经历了一段历史上温度最高的时期。从大约3400万年前,即南极冰盖形成后,地球的温度才逐渐开始降低。研究人员认为,新发现的这两种企鹅是在地球上的不同区域分别进化的,后来才游到温度更高的赤道水域生活。研究人员相信,巨型企鹅曾在现在的新西兰附近生活,而较小的那种热带企鹅则发源于南极洲。

虽然从新发现的两种已经灭绝的企鹅种类身上能够看出,它们愿意离开南半球纬度较高的低温水域,前往水温更高的地方生活,但并不能因此得出结论说,现代企鹅也能适应目前的气候变化所导致的高温环境。

近几年来据国外科学家统计,有7种生活在南极及其附近地区的企鹅数量出现了不同程度的下降,有些地方减少的数量高达25%。1975年南极地区的总数量在15万对以上,但目前仅剩下9000对左右。是什么原因引起企鹅数量迅速下降的呢?最初生物学家认为旅游者的增加破坏了企鹅生活区的宁静,使企鹅不能顺利地繁殖后代,有人又认为与大量捕捞南极鱼虾有关,也有人认为与海洋污染有关,这些理由虽说有一定的道理,但是对企鹅数量迅速下降的解释还缺乏说服力,通过几年的努力,最近人们才找到南极企鹅下降的真正原因,那就是气温上升,据统计,从1860—1996年,全球平均气温上升了05℃以上,南极洲在近50年来气温上升幅度高达25℃,气候变暖加快了南极冰雪的融化速度,导致浮冰上的积雪融化,淹没了喜欢在冰雪上产卵和孵化的企鹅幼仔的场所,使小企鹅的出生率和成活率呈直线下降,从而导致企鹅总数的减少。

南极企鹅不怕冷是因为它们为了适应当地的严寒的环境,其生理特征已经在漫长的进化过程中发生了相应的变化。例如它们的羽毛呈鱼鳞状,彼此重叠,厚厚的绒毛能容纳大量的气体,形成绝热的保护层,同时皮下脂肪十分厚,具有良好的保温性能,这一套特殊的生理构造,使它们能在零下数十度的低温环境下捕食、抚育后代。

“水利专家”海狸

人类为了制伏肆虐的河水,建造了各式各样的大坝,有一种动物生来就是建造大坝的“水利专家”,它就是海狸。

海狸也称河狸,是世界上最大的啮齿类哺乳动物,个头最大的有几十公斤。海狸拥有水下生活所需要的最好装备,除了厚厚的皮毛外,它的后腿脚趾间长有蹼。另外,海狸还有一条多鳞的宽尾巴。由于这条独一无二的尾巴,200多年前的人们还以为海狸是一种鱼。现在我们已经知道,海狸是水陆两栖兽类,为了保持其水陆两栖生活习性,它的巢洞都建筑于河岸边,但出入的洞口及隧道却在水下。巢室分上下两层:上层是居室,位于水平面上一点,里面温暖、干燥,住起来比较舒适;下层为仓库,位于水平面下边,供储藏食物用。

海狸在筑巢时,常在陡峭的河岸上挖一条隧道,隧道是斜着向上走的。它们挖起土来动作很快,用前爪把土刨松,再用长着宽蹼的后爪把松土扒到身后,并逐渐把土推到洞外。海狸挖起土来全神贯注,一丝不苟,并有持久的耐力,可不间断地工作。当隧道挖到高于外面水位后,便扩宽加大,修建成一个巢洞。

为了便于筑巢、游泳和潜水,海狸在筑巢时要求水要有一定深度。当水的深度不够时,海狸就修筑堤坝,拦截水流,以提高水位。筑坝需要大批的木材和石块,因此海狸多选择便于取材和运输的小溪或小河作为坝址。海狸的牙齿非常尖锐,几分钟就能咬断一棵小树;如遇上粗树干,它转着圈儿不停地咬,一只海狸咬累了,另一只海狸就替换它,一直到粗树干被咬断倒下为止。然后,再咬断树枝,叼着它游泳运输到坝址;叼不动的树干,便把它咬断成一段段短木,再齐心合力将短木拖到河中,借助流水把短木冲到坝址。

当材料备齐后,海狸便开始筑坝。它们在筑坝时,先把粗的树干横置于底层,再从下游方向,用带叉的枝干顶牢,上面再放上树枝,压上石块。主体工程完成后,再用一些细树枝、芦苇和其他细软材料混上黏泥,将坝上的缝隙堵住、压紧,直到完全不再漏水,这样堤坝就建成了。建成后的堤坝,迎水面陡而光滑,前面是一个大而深的水坑,这是海狸在筑坝时取泥挖成的,它可减缓水流的速度,从而对堤坝起到保护作用;堤坝背水的一面,则是纵横交错固定在河床和堤岸上的树枝。

海狸所建造的拦河堤坝大多都比较短、比较窄,但也有大型的,在原苏联的沃龙涅什地区,有一座120米长的海狸坝;在密西西比河盆地的沼泽地区,曾有一座几百米长的海狸坝。更令人吃惊的是,在美国蒙大拿州的杰斐逊河上,有一座世界上最大的海狸坝,长达700米,坝上不仅可走行人,甚至可以骑马跑过,不过,这座大型海狸坝是一个海狸家族世世代代共同创造的奇迹。

海狸是一种非常珍稀的动物,野生种已濒临灭绝。我国海狸仅分布在新疆北阿尔泰地区的青河县和福海县境内的布尔根河、青格里河和乌伦古河流域。它的尾巴基部有两个腺囊,香腺发达,能分泌海狸香,是著名的四大动物香料之一,其他三种分别是麝产生的麝香、抹香鲸产生的龙涎香和灵猫香。

贝壳里的秘密

珍珠是一种古老的有机宝石,同时又是名贵的中药材。可是你们知道那些晶莹剔透的珍珠是怎样形成的吗?珍珠是海滨的蛤、珍珠贝和淡水的蚌等贝类的产物。

我们的祖先不仅爱珍珠,而且爱贝类。对海贝的捕获和利用,已有相当悠久的历史了。5万年前,人们就知道捕捉食用海贝了。在他们住过的洞穴中,发现一堆堆食用过的各种海贝的化石。4000多年前,我国古代人民就开始使用贝来作货币,汉字与价值有关的字,大多是“贝”字旁,如货、财、贵、赚、贮、贯、贸、资等。

虽然人类采捕、养殖珍珠的历史非常悠久,但在科学并不发达的古代,人们对珍珠成因的认识十分有限,于是便产生了有关珍珠来历的种种传说。在古印度,人们相信珍珠是由诸神用晨曦中的露水幻化而成;在古罗马神话传说中,珍珠是爱神维纳斯在充满泡沫的蚝壳中沐浴后,其身上滴下的水珠凝结成的;波斯的神话则认为珍珠是由诸神的眼泪变成的;中国民间也有“千年蚌精,感月生珠”、“露滴成珠”等说法。

关于珍珠的成因,大约从16世纪中叶开始才逐步脱离神话故事的影响。随着对珍珠研究的不断发展,不同时期的学者先后提出了有关珍珠形成的各种说法。人们起先认为珍珠是类似肾脏结石的贝病的产物,而后又认为是由于体液过剩或一部分卵留在体内造成的,也有人认为是沙粒进入贝体,最终形成了珍珠。到了18世纪,人们逐渐认识到形成珍珠的物质所具有的性质和贝壳相同,珍珠就是球形的贝壳,它们的形成过程是一致的。

19世纪,随着生物科学特别是实验生物学的不断发展,科学家们终于逐步搞清了珍珠形成过程中的一些细节问题。原来,贝类动物的贝壳内软体部主要由外套膜、内脏团等组成,外套膜位于体之两侧,与同侧贝壳紧贴,构成外套腔。当蚌壳张开的时候,如果恰好有沙粒或寄生虫等异物进入蛤、蚌那坚硬的小房子,处在了外套膜与贝壳中间,没办法把它排出来,沙粒等异物就会不断刺激该处的外套膜,就如同人的眼睛被灰尘迷了一样,使得又痒又痛。则该处外套膜的上皮组织就会赶快分泌出珍珠质来把它包围起来,形成珍珠囊,包了一层又一层,久而久之,就在沙粒等异物外面包上一层厚厚的珍珠质,于是就形成了一粒粒圆圆的漂亮的珍珠了。另外一种情况,则是蛤、蚌自己的有关组织发生病变,导致细胞分裂,接着包上自己所分泌的有机物质,渐渐陷入外套膜,自然而然地形成了珍珠。

由于珍珠非常贵重,天然形成的珍珠比较少,不能满足需要,所以人们就运用了自然成珠的原理,开发了人工养殖珍珠事业。在养殖场里,人们把一些贝类养大后,在外套膜结缔组织内插入用蚌壳制成的核,核上并覆以一片外套膜小片,经过一定时间,就生成了人工培育的珍珠。

虽然经过一代又一代人的努力,人类对于贝类动物以及珍珠都有了深入的了解,但对于珍珠成因的微观研究和环境条件影响珍珠形成过程的综合研究尚有很多需要开展的工作。也许在不久的将来,我们会在这小小的贝壳中发现更多的秘密。

珍珠有海水珍珠和淡水珍珠之分。海产贝类中能产优质珍珠的共有30余种。现在世界上作为高档珠宝首饰用品的珍珠,大部分是以马氏珠母贝作为母贝养殖的珍珠。全世界的淡水贝类有1000多种,但能够用来培育淡水珍珠的贝类种类不多,其中三角帆蚌生长的珍珠质量较好,是目前国内最主要的人工养殖对象。

蝾螈的超能力

提起科学实验,人们总要想起一只只可爱的白鼠、白兔的功劳。其实,动物在生物学发展的各个阶段都为科学家们作出过贡献。19世纪末是实验胚胎学发展的黄金时期。人们采用各种方法来处理动物胚胎,观察、分析其发育的各种现象。当时,蝾螈是最重要的实验动物之一。现代实验胚胎学奠基人、德国动物学家汉斯·施佩曼就是以蝾螈为对象进行研究获得了1935年的诺贝尔生理学及医学奖。

蝾螈又称火蜥蜴,体长在10~15厘米,有4条腿和一条尾巴,体形和蜥蜴相似,但体表没有鳞。蝾螈大都有明亮的色彩,是较好的实验动物和观赏动物。目前世界上存活的蝾螈大约有400种,其中中国大蝾螈体型最大,体长可达15米。

蝾螈有一个尽人皆知的超能力——断肢重生。人们很早就发现,蝾螈的四肢被切断后,可在两三个月内重新长出来。1958年,美国纽约州有一位名叫贝克的医生,他把蝾螈的一条条腿切除后,看到伤口周围的肌肉在微微地颤抖。他用一个灵敏度很高的电流计来测量,发现伤口周围有电流!随着电流的作用,蝾螈的断肢就开始再生:起初电流较强,再生速度也较快,后来电流逐渐减小,等到腿完全长好,电流也就消失了。此后,贝克又用青蛙等动物做实验。这些动物虽然没有断肢再生的本领,可是在它们身上也测到了这种神秘的电流。由于这种电流是动物身体受到损伤之后产生的,贝克医生就称它为“损伤电流”。通过多次实验,贝克医生证实,损伤电流是一种普遍现象,不仅低等动物有,高等动物也有。人的皮肤破了以后也能产生“损伤电流”,不过比起低等动物来要小得多,所以不能使失去的机体再生。

20世纪90年代初,科学家们又发现,蝾螈的四肢与人的四肢极为相似,两者有完全相同的结构,有同样的骨骼,同样的肌肉。所以,人类应该能够从蝾螈身上寻找到可以使人体断肢再生的方法。但是,是什么保证了蝾螈断肢的地方总是长出一条腿而不是长出一条尾巴呢?

为了解开这个谜,近年来,德国和美国的科学家利用基因技术对蝾螈进行了研究。他们向一种名为墨西哥钝口螈的蝾螈体内植入绿色荧光蛋白,再将相关细胞移植到有断肢的墨西哥钝口螈体内,这样就可以通过追踪荧光蛋白观察断肢再生的过程。研究发现,蝾螈断肢创口周围的皮肤、肌肉、骨骼等各种细胞会聚集到一起,从成体细胞反向变为“幼年”细胞,形成具有再生能力的芽基细胞群。尽管这些芽基细胞看起来都差不多,但它们都记住了各自的来源,从肌肉细胞而来的仍再生为肌肉细胞,从神经鞘细胞而来的仍再生为神经鞘细胞。更令人惊奇的是,从蝾螈肢体末端取下的软骨细胞,在移植到上臂部位后,居然慢慢移到了与其原有位置相对应的地方,证明这种细胞具有记忆位置的功能。原来,蝾螈的各种细胞具有记忆能力,可良好地“专业分工”,帮助断肢再生。

医学界一直在研究蝾螈、壁虎等动物的断肢再生能力,以发现帮助人类断肢再生的途径。随着研究的深入,相信在不久的将来,科学家们一定会研制出再生类药物造福人类。

蝾螈等两栖类动物大多生活在水中或湿地里,但却没有鱼那样的鳞片来保护自己,所以它们的皮肤很容易吸收气体和液体,对生活环境中的各种有毒物质都极为敏感。如果一个地区的环境遭到污染,首先引起死亡的就是蝾螈等两栖类动物,人们可以根据是否有两栖类动物或其数量多少来判断环境的好坏。

鸵鸟的本领

在人们的印象中,鸟都有翅膀,能在蓝天下自由翱翔。但鸟类中其实也有只善于快速奔驰,而不能飞翔的一些类群,它们被称为走禽。走禽中最为著名的当属鸵鸟。

鸵鸟原产于非洲,故又名非洲鸵鸟。它是世界上最大的鸟类,雄鸟高可达275米,重达155公斤。鸵鸟是一种原始的残存鸟类,它代表着在开阔草原和荒漠环境中动物逐渐向高大和善跑方向发展的一种进化方向。与此同时,飞行能力逐渐减弱直至丧失。进化至今的鸵鸟已经具备了很多会飞鸟类不具备的特长:它的足趾因适于奔跑而趋向减少,是世界上唯一只有两个脚趾的鸟类。它跳跃可腾空25米,一步可跨越8米,冲刺速度在每小时70公里以上。

非洲鸵鸟大多生活在撒哈拉大沙漠中的草地以及平原、山谷和低矮的灌木区。这些地方多宽广无边,很少有高大树木,这就意味着毫无遮拦。因没有遮挡,所以,鸵鸟们很容易被敌害发现而被追踪。它们如果要想躲开追捕,就必须跑得比敌害快很多。久而久之,鸵鸟们逐渐练就了一双强有力的双腿,双脚也练得十分强健,而且脚趾下面还有厚厚的肉垫,非常适宜在炎热的沙土上奔跑,无论沙子被太阳晒得多烫,也不会烫坏鸵鸟的脚。鸵鸟凭借着它的这双强有力的腿,不仅跑得快,而且还有助于它可以用双腿当武器,它只要用力一踢,甚至可以致狮、豹等猛兽于死地。