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光線對于生命的意義

發布日期:2020-03-10 點擊次數:1690

植物為什么是綠色?花兒為什么這樣艷,飛蛾撲火又為哪般?生物的趨光性是為什么?鳥類為什么會撞上大樓?鯨魚又為什么會自殺?

這些看似簡單的問題世界上卻沒有多少人真正知道,這些現象的背后有著奇妙的生物物理原理。要回答這些問題,請允許我從從地球生命的早期開始。

在太陽光能中,由于大氣層反射與太陽電磁波的復雜作用,導致只有部分光能到達地球表面,這些光集中在波譜從紫外線到紅外線的波段,99%的波能引起人視覺。整個光譜波段對生命起作用的為波長0.8微米~0.4微米,也即是所有能完全穿透大氣層的太陽光。相對而言,紫外線為高能波,紅外線為低能波,其它高能波:χ射線,Β(鋇塔)射線,γ(伽瑪)射線,極少能射到地表。它們被厚厚的大氣層所阻擋。

所以生命體只有利用僅存的恒定光能,從紅外線~紫外線,生命體利用其中的紅外線為自己提供熱能,利用紫外線協助繁衍后代,這是因為紫外線能量更高,它們照射時所引起的振動能可以促進細胞分裂。所以經反復試驗后,聰明的植物最后決定自己的顏色為綠色,這樣在光譜中,赤橙黃綠青藍紫,綠色距紅線與紫外線都是相等的距離,處于正中間!這樣植物能夠均衡的地全面吸收光能,同時也反射綠色光給動物看到,好讓動物吃掉植物的同時通過拉便幫助植物的種子到處播撒,這是和諧的社會化協作,奉獻自己就是幫助自己,如果不反射一點光線植物將會是黑色,那么它將在黑暗中孤獨終老,默默得死去,最終整個種族滅亡。我們人類看著綠色感覺舒服正是進化自然選擇的結果,如果看著綠色難受人類早就難受死而不會進化到現在了。

隨著地球早期植物生長過程所排放的氧氣增多,近15億年時間里大氣中的氧氣急劇增加,氧氣與太陽高能光子在空中再次發生反應生成臭氧O3,隨著臭氧的增多,大氣中形成了臭氧層,臭氧層有一個特征,就是反射紫外線,而紫外線是植物繁殖的重要條件。隨著臭氧層加厚,紫外線大量減少,植物大批死亡,幸存下來的植物開始思考,它們想出了一個絕妙的辦法,這個辦法是生命進化的重大事件。這個事件稱為植物開花事件。

為了生存就須有足夠的紫外線,于是絕境中的植物想出好辦法,開花!在繁殖季節開花,利用花辨組成一個凹型拋物面反射鏡,和微波雷達或喇叭一樣,通過拋物面形狀的花瓣反射太陽光中的紫外線,將其聚焦在花蕊花粉部位,聚焦的高能紫外線照射在受精的花粉上,幫助受精卵的細胞分裂,這時聰明的植物已經是熟練使用太陽能的高級工程師了。

這時動物也出現了高速分化,昆蟲為方便吃植物頂部的幼嫩部分,進化出了翅膀,后來植物開花,昆蟲改吃花朵,為了保護花朵,植物想出另外一個辦法,分泌花蜜,后來昆蟲由于對花蜜的偏愛,自身發生了突變,口器變成了吸管,便于吸取更加可口的花蜜,昆蟲眼睛進化也發現了花朵的秘密,能在遠處看見花朵所反射的紫外線。這時植物發現了一件令自己也意想不到的好事,昆蟲傳粉比風的效率更高。于是不同物種結成進化中的伙伴關系,又是社會化的動植物大協作!

花朵分泌更多的花蜜,以感謝昆蟲的受粉功勞。為了便于昆蟲發現自己,花朵越開越艷(這就是花兒為什么這樣艷的答案),花蜜使花朵得以保全,紫外線的收集沒有被破壞,并且由于昆蟲參與植物繁殖,效率反而大大提高!植物開花使得昆蟲也完全明白紫外線,它朝反射紫外線的地方飛去準有花蜜。昆蟲牢牢地記住這一點并把秘密遺傳給后代。

蜘蛛先是不清楚昆蟲與花朵的構當,為了吃到更多的昆蟲就必須展開對昆蟲的研究。于是它們開始思考,一些沒有耐心的蜘蛛放棄研究工作,另一些就堅持下去,后來堅持不懈的研究有了回報,蜘蛛破譯了昆蟲的秘密。于是它們向植物學習也撐握了反射紫外線的技術,它們在網上涂上反射紫外線的物質,于是動腦筋的蜘蛛終于有回報,它們成功了!坐等食物送上門來,因為許多時候粗心的昆蟲把蜘蛛網反射的紫外線當作了花朵,饑餓的昆蟲想用餐,不幸的它卻成了蜘蛛的點心!那些沒有耐心研究的蜘蛛就這樣被自然淘汰了。

紫外線減少事件幾百萬年過去了,幸存的地球生命也適應了這種改變,其中包括細菌等微小生命。但是當紫外線急劇增加,它們便受不了,大量紫外線會振碎它們的肌體結構。最后人類也破譯了這個秘密,于是醫院用紫外線殺菌消毒。這是人類比植物遲20億年才掌握的知識。

接著我們再說飛蛾撲火的原理。

我們對昆蟲的趨光性有的時候是誤讀,特別是飛蛾撲火!我們以為是昆蟲喜歡追逐光明,其實這是數千年的誤解,要不它們怎么不齊刷刷朝著太陽月亮飛? 就會飛的昆蟲來說,有一種解釋是這樣:昆蟲并不是正對著光源飛過去,它只是利用光線來導航。

月光或太陽光基本上是平行光,昆蟲只要確保自己的飛行方向與光線之間的夾角為固定值,那么它的飛行路線就是直線。億萬年來,昆蟲就是利用這一原理為自己導航的。

但是人類出現后,夜間的點光源越來越多,點光源發出的光不是平行光,昆蟲不知道,它們還以為是天上的星星,繼續按照「飛行方向與光線夾角為固定值」的方式導航,飛行路線就不再是直線,而變成了等角螺線,盤旋著趨向光源。

當然這只是解釋了一種情況。

生物的本能是向自己能看得到或能看得清的目標前進,所以在白天光照條件好的時候,任何動物都不會奔著最強的光源(如太陽)而去,而是各自在視覺良好的條件下尋找自己感興趣的目標,動物感興趣的目標首先是食物。

光可以分很多種,不是所有的昆蟲都趨光,也不是所有的光昆蟲都會趨。蚜蟲趨黃色,它認為那是它的食物——黃色的花朵或嫩芽。大部分蛾子都是晚上活動,白天太陽一出就躲起來,不躲起來就被鳥吃掉了。

只有在夜間,什么都看不清的時候,少數或唯一能看清的東西(光源)才會成為獨一無二的、本能首選的目標。這叫趨光性。

所以飛蛾撲火從兩方面可以解釋:1、火焰發出了紫外線讓飛蛾以為是花朵所以撲過去吃花蜜;2、飛蛾誤認為火光是星光,讓它以為自己相對“星星”在直線飛,實際它是在繞著火光螺旋形地飛,越飛螺旋線越小最后繞進火焰里。

由光線給動物導航的理論也可以解釋鳥群夜間撞到城市的高樓死亡和鯨魚自殺之謎。

在自然界的鳥類大腦中也像撲火的飛蛾一樣沒有對人類燈光的記憶和認識,夜間飛行的鳥把城市的燈光當成了星光,它們還以為是和星光成固定角度在直線飛行呢,等看到是大樓的墻壁時高速飛行的鳥已經剎不住車了,“車禍”發生了。鯨魚自殺之謎也許同樣可以用這個理論來解釋,鯨魚也把岸邊城市的燈光當成了星光,它們也在靠著這星光在導航,等擱淺時它們已經失去了海水的浮力,被自己巨大的身軀給壓死了。這也許是鯨魚自殺大多發生在夜間的原因。

上一條燈具選多少瓦的才夠亮?
下一條怎樣一鍵了解光照是如何影響睡眠的?

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