仿生学对人类社会发展的贡献

仿生学对人类社会发展的贡献一、仿生学的概念所谓“仿生”，顾名思义就是向生物学习、模仿或取得启示，仿造各种生物的优点以用在人类科学技术的创造或改进上。仿生学一词是1960年由美国J.E.斯蒂尔提出的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。仿生学的研究范围主要包括①力学仿生：研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。②分子仿生：研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。③能量仿生：研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程。④信息与控制仿生：研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人---机系统的仿生学方面。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面---生物模式识别的研究、大脑学习、记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等---是仿生学研究的主攻方面。因此仿生学就是人类在认识自然和改善自然的过程中，通过科学的探索和研究，模仿自然界中一些生物的特殊本能的原理，来解决某些人类传统认识无法解决的一些疑难现象的一门高科技边缘科学。二、仿生学的历史贡献仿生学在人类历史发展过程中所做出的贡献可谓源远流长。尤其是近几个世纪，仿生学在军事、医学、生物、电子等高端技术领域的应用更是给人类的发展带来了创新革命。在军事上，模仿野猪嘴发明的防毒面具，模仿海豚皮肤的沟槽结构，应用于船舰外壳上，可减少航行湍流，提高航速。模仿鸟类滑翔原理发明飞机；模仿“莲花效应”将其应用于飞机表层、汽车外壳达到自清洁的目的；模仿苍蝇等昆虫的视觉原理研制智能武器和仿生眼等；在医学上，根据苍蝇在细菌环境中生存的原理研制出的免疫抗菌剂，模拟人体器官设计出各种仿生器官用于医学手术中等等；在生物上，屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲、船桨模仿鱼的鳍、锯子学的是螳螂臂，根据跑行中的猫的前爪垫的功能和蜘蛛网的柔顺结构及其稳定性设计出的汽车轮胎等等。因此，有专家指出：人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经经历了约35亿年的历史，模仿人的创造固然重要，模仿自然更有无限的潜力和机会，更有可能提高原始创新的能力。而且从仿生学在各行业领域的运用结果也表明，仿生学为人类解决各种疑难现象提供了一种可能，它对人类发展的贡献是巨大的、无可替代的。三、仿生学在现代科技领域中的重要地位仿生学的研究与推广在中外科技领域都受到高度关注和重视，它被认为是各国在21世纪的世界市场上占有主动地位的先期条件：1、国内：仿生学的研究在国内起步较早但直到本世纪初才逐渐受到重视，尤其是在2003年下半年，国内科学领域层次最高的研讨会香山科学会议三个月内曾两度聚焦仿生学，对于这个只有基础科学研究的前沿问题和我国重大工程技术领域中的科学问题才可以作为会议主题的研讨会，能两度关注仿生学，足以证明这个学科发展的重要性以及国内科学领域对仿生学的重视性。经过讨论与会的专家建议：将“仿生科学与技术”列入重大基础研究国家计划和国家中长期科学技术发展规划，有重点地建议一批具有国际水平的仿生科学和仿生技术实验室，将更有利于国内高端技术领域的开发与创造。2、国外：在发达国家，早在20世纪90年代初，就已经为发展仿生学这门交叉学科的基础研究做了精心准备和长期计划。在美国，他们认为仿生学是一切创新成果的源头，所有高科技成果的85%均源于仿生学，因此设定了一项优先发展先进制造、先进材料以及先进军事装备研究等领域的长期计划。德国的研究与技术部已就“21世纪的技术”为题在自适应电子技术、纳米技术、仿生材料、生物传感器等领域投入了相当大的财力和物力。日本、俄罗斯以及韩国等国都有相应的计划。不仅如此，在许多英美著名大学如麻省理工学院、史丹佛大学、哈佛大学等，均设有：“仿生”教育课程，由此可见发达国家对仿生技术在未来发展与应用的重视。因此，仿生学可以说在人类社会科学与发展的历史过程中，创造了一个又一个奇迹，每一个奇迹的创造都将带来人类历史上的革命。它的兴起，标志着人们对生物科学的研究进入一个崭新的阶段，也意味着人类文明程度显著提高，在不断呼吁科技跨领域整合的今天，仿生科技甚至被认为是主导未来的科技革命，同时，被誉为与克隆技术、基因治疗、DNA检测技术等高科技合称为未来人类开创更美好新世界的八大科技。四、自然仿生疗法的起源及其同现代医学的关系1、自然仿生疗法的概念自然仿生疗法是通过对自然界中具有生命活动特异能力的动物、植物适应生存环境功能的原理和研究，探索和开发出与人类生活中相关现象的内在联系的规律，并不断加以系统化、规范化，通过对生物特异能力的模仿，运用自然生命力来补充人体本身的生命力，从而达到以强补弱，促使人体获得健康状态的学问。它是效法大自然中的生物规律，以调理恢复人的自然之性，激发人体抗御疾病的潜能为主要手段。调畅机体的失衡状态，达到祛病养生的目的。2、自然仿生疗法的起源自然仿生疗法起源于远古时代，浩如烟海的中医药学是自然疗法的支撑体系。在长期的生活实践中，先人总结出“法于自然”的养生原则，远在数千年就有认识“自然力量”、利用“自然力量”防治疾病、延年益寿的文献记载。春秋战国时期的《黄帝内经》中提出了“天人相应”和“正气存内，邪不可干”的重整体、重内因的观念。早在我国汉代，名医华佗就模仿“虎、熊、鹿、鹤、猿”的姿势发明了调和五脏，防病延寿的五禽戏养生操。直到现代，太极拳、五禽戏等保健养生之术仍被广泛采用，这些传统的方法和手段为中华民族的繁衍和昌盛做出了重要贡献，同时也成为现今自然仿生疗法的主要内涵。3、自然仿生疗法与现代医学的关系由于现代医学的理论体系已相当完备，对人体功能活动生理病理是认识非常精确，更为重要的是现代医学总能借助先进的仪器和最新科研成果来从事基础研究和医疗实践，使现代医学在人们医疗的实践活动中占有绝对优势，而成为医疗的主体。然而现代医学的突飞猛进虽然从根本上改变了医学发展的过程，使许多疾病得到了有效控制，但随之而来的是化学药品的副反应的日趋严重。现代文明使得人们与大自然之间的距离逐渐增大，许多文明病、富贵病（如肥胖）亦随之产生。化学药物在治疗一些疾病时往往显得力不从心。自然仿生疗法相对安全无害，副作用及不良反应较小，取材方便、操作简单、效果显著，且无痛苦，因此受到病患者及家属的普遍欢迎和重视。人们一方面通过先进的仪器和设备来研究疾病的死亡的奥秘，试图在此基础上达到早期防治的目的，另一方面则会对自然仿生疗法寄予厚望，希望能回归自然。而现代医学的发展尤其是各种精确仪器的使用也为自然仿生疗法的研究、发展与运用提供了更为有利的条件，两者之间互为推动，相互发展，其和谐、统一的关系将为未来人类健康事业做出巨大贡献。五、自然仿生减肥法的核心理论基础---破译冬眠动物的自然瘦身密码1、冬眠动物习性给减肥带来的科学启示每当北方寒冷的冬季来临之际，植物枯萎落叶，昆虫蛰伏，大雪封山，百食难觅。许多动物受自然环境的影响，被迫停止摄食进入长达几个月的冬眠期，在此期间不吃不喝却生命无忧，有些动物通过冬眠静养生息，还能使生理的各个机能得以调整和改善。其共同的规律就是靠入冬前积累的营养物质（主要是脂肪）来维持基础代谢，延续和修养生命，其冬眠前的脂肪积累最高，三个月内体重最高可超出原来的40%，越冬后体重一般都要减轻10%--20%，甚至31%以上。冬眠动物共有的这种特异生物现象，尤其是冬眠前在短时间集中进食的习惯很类似于许多肥胖者无节制的暴饮暴食的增胖过程，那能否模仿冬眠动物进行冬眠来达到减肥的目的?这个设想为自然仿生减肥法提供了科学启示。2、对冬眠动物的典型代表中国林蛙和北方乌龟生理习性的研究在所有冬眠动物中最有代表意义的则属北方的林蛙和乌龟，前者冬眠后通过消耗体内积蓄的脂肪体重下降的比例最大，而后者通过冬眠使各种生理机能得到最为明显的调理和改善，是其长寿的主要原因之一。林蛙冬眠期的生理特点：林蛙在冬眠期内，四肢屈曲，双眼紧闭，不食不动，以静养生息，基础代谢放慢，基础代谢率降低。经过研究，发现林蛙在冬眠期生理上只有两个明显的兴奋点，一是心脏，二是呼吸，并且二者之间按照某种规律进行着协调而统一的运动，这种运动类似一种波状运动。也正是这种呼吸运动的存在，才能使它们将体内多余的脂肪不断地消耗转化为能量随着缓缓流动的血液作为营养，输送到周身细胞，保持正常基础代谢的进行使其越冬后体重自然减轻。同时研究结果表明，北方乌龟在冬眠期运用本能特有的呼吸方法，使其生长期中呈现出的高血糖、高血脂、高胆固醇及甘油三酯的含量能够得到迅速的下降趋致平衡，同时使心率放慢变得平稳，防止了多种疾病的发生，进而使其成为动物中的长寿之星。通过破译冬眠动物是通过什么来消耗自身存积的脂肪，借以延续生命实现自然瘦身并调理和改善生理的各种机能，是创建自然仿生减肥法的关键。中国林蛙生长期与冬眠摄食曲线图3、冬眠动物自然瘦身的关键因素---冬眠动物体中生物酶的催化作用通过对中国冬眠动物林蛙和乌龟特殊习性的研究，从而揭开了仿生减肥法的作用机理：①从林蛙冬眠期里参与体内脂肪分解的营养要素入手分析，模仿改善肥胖者体内营养的构成，通过补充“人体体重调节中枢”所需营养，维护中枢正常功能，实现以补瘦身。科学研究证明脂溶性维生素A、D、E、K和胡萝卜素对脂肪有明显的分解和吸收作用。通过林蛙冬眠的研究发现，在通常情况下林蛙的脂肪是被某种特殊的消化酶分解为脂肪酸和甘油储存于体内，来为林蛙越冬期提供能量的，这一发现为仿生减肥能够达到迅速分解肥胖者体内脂肪寻求到了有效途径。同时这一研究正好与美国科学家J.E.斯蒂尔于1960年提出的仿生学的研究范畴不谋而合，即研究与模拟生物体中酶的催化作用。②从模仿林蛙和乌龟的呼吸入手来改变肥胖者的呼吸。通过模仿林蛙和乌龟深而有规律的呼吸，促进脂肪分解，实现在特定条件下的能量转化，这种仿生呼吸可以使肥胖者的肺部充满大量氧气，改善肥胖者体内的气血运行条件，不仅使增加吸收氧气的数量成为可能，而且通过呼吸可以有意识地把它送到身体各部位，把较正常呼吸更多的氧气带进血液，能够更好地激活人体的各功能细胞，增强吞噬细胞活力和免疫细胞活力，从而调整肥胖者的内分泌系统，从根本上治疗和预防各种疾病的发生。③从人体减肥同冬眠动物自然瘦身的差异性入手，模仿特定的仿生形体运动，调和人体五脏的气血平衡，增加热耗促进脂肪的转化。六、自然仿生减肥法的技术问题及世界最新研究成果和未来前景从近几年的市场推广过程中我们不难发现，自然仿生减肥在减肥市场上处于主导性的地位。①首先仿生学是一门前瞻性的科学，其研究与发展需要大量基础学科的配合与支持，以及各种精端检测仪器的使用，作为一个课题的研究成果，国家有关政府部门应给予支持与扶持。②减肥效果与冬眠动物体内酶存在于人体后的活性和稳定性有着必然的联系，因此关于酶的研究技术成为关键因素。③脂肪能够分解，是酶参与作用的结果。研究发现，在冬眠动物体内这种酶的启动非常自由，但在生物体内却受到一些相关连因素的控制，例如基因。因此，发现能够控制和启动酶作用的这些因素成为未来自然仿生减肥的主攻方向，这种发现，使人类彻底解决肥胖成为一种可能。七、关于冬眠动物的最新发现和研究成果早在2001年，瑞士科学家卡尔森发现冬眠动物体内存在调控酶转化的开关能力。在正常生长期，其体内糖分解活跃，脂肪分解处于平稳状态；而在冬眠期内，脂肪分解处于活跃状态，糖分解趋于稳定，这正是启动了酶的转化功能。那么这种调控能力又是因何引起的？据美国最新的科研成果称，美国科学家在冬眠动物血液里发现了一种叫做“冬眠激素”的物质，它对冬眠起调控作用，将此物质注入其他非冬眠动物体内，也出现了典型的冬眠状态。而国际冬眠学会主席马伊尔宣称，他和另一位科学家