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大自然的杰作——生物钟

奇妙的珊瑚化石与鹦鹉螺

大自然有一种奇妙的钟表——地质钟。这是些什么呢?原来,生活在浅海里的珊瑚都有这种奇妙的钟表。

地质学家在研究海洋化石时发现,不同地质年代的珊瑚化石上的条纹不同:石炭纪(距今3亿年前)的地层珊瑚化石一年有385条生长纹。泥盆纪(距今3.5亿年前)的地层珊瑚化石一年有390条生长纹。志留纪(距今4.1亿年前)的地层珊瑚化石有398条细纹,中间夹杂了13个生长带。

这些化石的迹纹是怎样来的呢?科学家经过仔细研究后认为,那些生活在晶莹碧蓝而温暖海水中的珊瑚虫,沐浴着阳光,经历了昼夜和季节的变化,忠实地记录着自己在亿万年来的地质史进程。

原来,珊瑚的外层细胞分泌的碳酸钙的多少,同太阳光强弱有关,白天分泌得多,晚上分泌得少,于是在珊瑚的表面上留下了许多环状的细纹,叫生长纹。每过一天,就留下一条细纹。

有趣的是,现代珊瑚还留有“月历”和“年历”的痕迹呢!现代珊瑚每隔28个生长纹,就有一条细薄而收缩的条文,叫生长带,这同现代的阴历一个月的天数相近。现代珊瑚大珊瑚大约每隔360圈生长纹,就有一个明显的圆环,由许多厚而宽的生长纹繁集而成,叫生长环,同一年的天数相近。这是为什么呢?“月历”是由于珊瑚每月有一次繁殖高潮,它分泌碳酸钙的机能降低,环纹就变薄而萎缩了。“年历”是由于珊瑚的生活受到季节的影响,夏季水温高,生长快。冬季水温低,生长慢,因此留下凹凸不同的环纹。

根据珊瑚化石的痕迹,科学家推测,在5亿年前,一年大约有420天,而在4亿年前,一年约390多天,每月有30.5天,每天约21.5小时。由此而得出一个结论:离现代越近,地球自转的速度越慢,每月的天数变少了,而每个昼夜的时间变长了。

地球已有46亿年高龄了,它经历了一个漫长的时代。珊瑚化石成了地球进化史中的一个“见证者”,因此叫它地球的“时钟”。珊瑚化石还是地质工作者找矿的“尖兵”,因为不同年代,不同神态的珊瑚地层,常常是石油煤和铝土矿等蕴藏的宝库。

大自然中,除了地球的“时钟”——珊瑚外,还有奇妙的月球的“时钟”——鹦鹉螺。

鹦鹉螺的外貌像蜗牛,但它却与乌贼、章鱼是近亲。鹦鹉螺在地质史的志留纪时期,十分昌盛,到泥盆纪开始衰落,在三迭纪时,直壳型的鹦鹉螺绝灭了。而卷曲的鹦鹉螺很罕见,几乎被人遗忘了。

可是,生物学家发现,鹦鹉螺还剩下一个属,共计三种,数量稀少,格外珍贵,是难得的“活化石”。

鹦鹉螺生活在印度洋和菲律宾海域,壳体作包卷状,直径20~30厘米,外壳灰白色,腹部洁白,背部有粗宽的棕黄色横条纹。它常在珊瑚质浅海底爬行,偶尔也会游泳,姿态同乌贼相似。遇到大风来袭,鹦鹉螺就漂浮到海面上,以小鱼、虾、蟹为食。

鹦鹉螺的头前缘绕有许多短触手,为捕食和行动之用,鹦鹉螺觅食的时候,伸出触手,向四周展开,将猎物包裹起来,然后吞食。在休息的时候,触手都缩进壳里,只留1~2个触手在外面警戒,有时如果需要迅速行动,它会像乌贼那样喷水,以反作用力来推动身体前进。

鹦鹉螺的壳由隔膜分隔成许多“小室”,最外的一个小室体积最大,是鹦鹉螺居住的地方,叫“住室”。后面的其他小室,体积较小,可贮存空气,叫做“气室”。各个隔膜中央有一小孔,连成小管,同最外的肉体相连。鹦鹉螺不断长大,小室的数目也跟着增加。鹦鹉螺正是依靠这种“气室”,在海中漂游时能够沉浮自如。

科学家研究活的鹦鹉螺时,发现鹦鹉螺的小室壁上有一条条清晰的环纹,这是它的生长线。每个壁上都有30条生长线。

奇怪的是,在同一个地质时代的鹦鹉螺化石,它们的生长线数目是一样的,而不同地质时代的鹦鹉螺化石却是不同的。例如,距今约7000万年前的鹦鹉螺化石,腔内有22条生长线。距今约3.2亿多年前的鹦鹉螺化石,腔内却只有15条生长线。这说明:鹦鹉螺的生长线,从近代推向远古,越来越少。这是怎么回事呢?

根据生物学家和天文学家的推算:在距今3.2亿年前,那时候,月球离地球较近,月球绕地球一周需15天,鹦鹉螺每月留下了15条生长线。在距今7000万年前,那时候月球离地球远了,绕地球一周需22天,鹦鹉螺每月留下22条生长线。现在月球离地球更远了,月球绕地球一周约需30天,海中的鹦鹉螺每月制造出30条生长线,正好记录着月亮绕地球一周的天数。

鹦鹉螺在海洋里生活,默默地记录着月球在亿万年漫长岁月里的变化。它说得上是一个奇妙的“天文学家”了。

生物界的“潮汐钟”

潮汐是大自然的节律,是海水受到月亮和太阳吸引的结果。不少海洋里的动物在觅食、繁殖等活动中,也有着明显的潮汐节律,体内有一种“潮汐钟”在支配着。

海滩上的小生命,如哈蜊、贻贝和牡蛎等,在涨潮时张开贝壳,捕捉食物吃,而在落潮时把贝壳紧紧地关闭起来。

沙蚕常常躲在泥沙里,或者珊瑚的隙缝中,看来很安逸,却常常遭到小鱼小虾的吞食。沙蚕会杀害蛏子、牡蛎和各种贝类。

沙蚕身体细长扁平,长约10厘米,灰黄色或淡红色。由很多体节构成,每节两侧各有一个疣足,上有刚毛,适于爬行和游泳。生殖季节,每当月圆以后,雌雄沙蚕糜集,浮上海面,以海面当“产床”,由月亮来“接生”。

每当月圆以后几天,成熟了的雌雄沙蚕的尾部饱孕着卵子和精子,沙蚕在海底将自己一分为二——尾部和母体。母体留在珊瑚礁间,尾部浮上水面,在海上产卵、排精。在波涛传送下,尾部完成了生命的繁衍任务后就死去。另一半母体在珊瑚里慢慢长出生殖器官,到第二年再次生殖。成群的受精卵随波逐流地漂浮,慢慢孵化出小沙蚕来。

沙蚕产卵时的情况大都相似,但是产卵的日期在不同的地点有早有晚。马来群岛的沙蚕在3~4月间产卵,吉尔伯特群岛的沙蚕在6~7月间产卵,萨摩亚群岛的沙蚕却在10~11月间。而时间却都是在月圆后几天,潮头最高的傍晚时分。

沙蚕的这种奇妙的节律,形成了一种自然界的壮观:海上漂满沙蚕的受精卵,连海水的颜色也变成一片乳白色了。

我国沿海和美国东部大西洋的许多海滩沙地上,生活着一种神秘的小蟹,它们的习惯同潮汐有关系,因此叫它“招潮”。潮退后,招潮蟹从沙里爬出来,大模大样地在阳光下爬行,潮涨前的10分钟,招潮蟹总是会安全地藏到洞穴里去。

科学家认为,招潮蟹体内有种神秘的“生物钟”在校正时间,它能根据阳光来改变颜色,又能按月亮升落,随潮汐涨退来指挥觅食或休息的时间。

银鱼体形细长、透明,在灿烂的阳光下,闪烁着银白色的光芒。我国常见的有面文鱼和太湖新银鱼。

美国加利福尼亚沿海的一种小银鱼,身体细长,满身银白,长着黑点般的小眼珠。每年3~8月,是小银鱼产卵繁殖时期。海浪将它们冲向海滩,雌小银鱼不断左旋右转,将尾巴钻进沙里产卵。雄鱼赶忙使卵受精,然后等待两星期后,另一次海浪冲来,把孵化出来的小银鱼带回太平洋中去。这种赶浪潮式的交配行动,起了保护后代的作用,使鱼卵能在沙里顺利孵化,小银鱼能按期复归大海。

美国太平洋沿岸,每年5月月圆以后的一次大海潮,海浪把成群的鲈鱼带到海边。当最高潮时海浪到来了,它们大群冲向沙滩上,雌鲈鱼将卵产在沙里,雄鲈鱼急忙将卵受精。鱼卵产在高潮线上的沙滩上,有利于孵化。

有一种叫雀鲷鹭的鸟,生活在离海50公里的地方,它每天飞向海边,时间总是比前一天推迟50分钟,很有规律,这正好同每天潮汐推迟的时间相同,每当潮退后,它们成为海滩上的第一批食客。

葵花总是向阳开

金灿灿的葵花,经常向着太阳,千朵小花迎着太阳开。早晨,旭日东升,它笑脸相迎。下午,太阳高悬头顶,它仰面相向。傍晚,夕阳西下,它转首凝望,它每天追逐着太阳在打转。难怪人们根据它的习性,改名叫做“向日葵”、“朝阳花”、“转日莲”、“太阳草”等了。

向日葵是菊科一年生草本。它的头状花序上有1000多朵小花。“花盘”就是繁生着的许多管状小花。每朵小花结成一颗果实,整齐地排列着。花盘边缘有一圈黄色的舌状花,不结实。花盘外还有一圈总苞,是许多绿色小叶叠加成的,起着保护花芽的作用。

朵朵葵花向太阳,这是为什么呢?科学家在长期研究中,在植物茎内找到了一种“植物生长素”。这种小东西很有趣,阳光照到哪里,它就从哪里溜掉,仿佛在同太阳捉迷藏似的。早晨,葵花的花盘朝东,太阳从东方升起,生长素就从向阳的一面,溜到背光的西面去,刺激那里的细胞迅速繁殖,使背光面比向光面生长得快,于是整个花盘朝着太阳弯曲。随着太阳在天空中运行,植物生长素在茎里也不断地背着阳光移动,每到一处,都要刺激细胞加速生长,从而使花盘坚定不移地跟着太阳旋转。

另一种解说是,在太阳光照射下,茎内发生了细胞的电极化,向阳面获得负电荷,背阳面就产生了正电荷。带有负电荷的生长素就趋向于带正荷的背面细胞,使背光面生长快,产生向光弯曲,从而随着太阳而转动。

葵花向阳运动是一个复杂的过程,在白天它由东而西随太阳转动,到傍晚以后,它又悄悄地自西而东转,到午夜时分,葵花已转向东方了。

向日葵对生活环境适应能力很强,它既抗盐酸,又耐旱耐涝,又耐热耐寒,不选择土地,凡是空坪隙地,堤边地角其他作物生长不好的地方,都能生长。近年来发现,它能改善大气污染,有着特别良好的效果。它能大量吸收氧化氮,对保护环境大有益处。

花开花落总有时

植物的生长同自然环境密切相关。光照、温度、水分、湿度等不同因素,使植物在长时期自然选择和适应的过程中,形成了一种周期性的生活规律。

花开总有时,植物开花是随着昼夜和季节的变化而不同的,它们有的在白昼怒放,有的在月下盛开。有的在春季开放,有的在秋天开花。

花对太阳光特别敏感,同是一种花,由于光照不同,气温不同,南方开得早,北方开得晚些。花大多在白天开放,却早晚有不同。

有的花儿很娇嫩,怕太阳光灼伤,开得早,闭合得快,蛇麻花和牵牛花在拂晓前就盛开了,因为,清晨空气比较湿润,光线较柔和,到了9~10点钟,阳光变得强烈,空气较干燥了,它们就卷合起来,免得灼伤。

半枝莲,又叫太阳花,喜爱阳光,上午10点钟花开,光照越强,花儿开得越艳丽,一过中午就闭合起来了。阴天虽然也开花,闭合得也慢,就变得垂头丧气似的。

蒲公英喜欢追逐阳光,日出花开,日没花闭,可是,到了阴天,它就紧闭着花瓣,仿佛一把黄色的鸡毛帚。阿尔卑斯山的龙胆草对太阳光的敏感更奇特了:太阳被云层遮掩,它很快闭合起来。只要太阳一钻出云块,它又张开花儿怒放。

花开自有时,还同花儿传粉繁殖有关系。通常,风媒花开花没有早晚,而虫媒花就不同了,蜜蜂采花出工早,蜂媒花开得早。蝴蝶出动得晚些,蝶媒花也就开得晚些。夜蛾是月夜出来授粉的,少数花儿就在傍晚后开放了。

紫茉莉下午5时左右开花,到第二天拂晓时花闭合了,好像怕见太阳似的。旋花科的月光花,夜晚8时左右开花,到第二天清晨才闭合,花开白色,有芳香,是名副其实的月光下含笑开放的花。夜幕降临,晚香玉色白似玉,吐发出阵阵清香,花香渐渐变浓,因此叫它“月夜香”、“夜来香”、“夜情香”。柳叶草科的待宵草,它的黄花要到夜里才张开笑脸,待宵,正好说明它那昼闭夜开的生活节律。蔬菜类的葫芦又叫夜开花,更是因为夜间开花而得名的。

最有趣的要算落花生的花了。它开花的时间有长有短,是随昼夜长短不同而变化的。7月,花生在早晨6点钟就开花了,到下午6点钟才闭合。到了9月,要上午10点钟才开花,而下午4点时就闭合了。阴雨天,花开的时间就更短了。

清晨,太阳升起的时候,睡莲的花瓣逐渐绽开,笑脸相迎,太阳下山时,花就闭合了。睡莲花夜间闭合,是由于夜间气温较白昼低,可以使娇嫩的花蕊不致冻死。

番红花早春开花,它在一天中,时而开,时而闭,要反复几次。原来,番红花对气温变化感觉灵敏。当气温上升时,花的内侧生长快就绽开了,当气温下降时,花的外侧比内侧生长快,就闭合了。

植物的生物钟比较正确,但也容易受到外界环境影响而调整。如果使植物的日夜规律颠倒,在夜间照以灯光,在白天放置暗处,植物就会配合新的光线周期来调整体内的“生物钟”,重新跟随一套新的生活节奏。

蟑螂身体里的“钟”

蟑螂是害虫,夜间常常出没于家庭厨房,甚至饭店和轮船里,把一些食品弄脏。灯光一亮,它就很快溜走。

蟑螂反应灵敏,它的触角属于最敏感的部位,腿关节上的神经末梢,对细微的声响,轻轻的脚步声,很快就觉察到。科学家在显微镜下发现,蟑螂的神经系统有14对巨型中间神经原的神经细胞,每根尾须约有220根须毛,能察知地面和空气的微弱震颤,并立即作出反应。人走动时,地面和空气发生微弱的震颤,会使须毛变形,根部的传感神经就向神经原发出信号,传递到腿部,收缩肌肉,就以惊人的速度逃之夭夭。

科学家曾经对蟑螂进行了多次实验,把蟑螂关在密室里,自动仪表控制着内部的温度、湿度和气压,隔绝了外界的一切音响,并用红外线追踪它的行动。一星期后,知道了蟑螂的行为规律,周期是23时53分。这跟地球自转的周期多少近似啊!奇怪,它在暗黑的密室里,怎样知道外界的夜交替的呢?

科学家又作了另一实验,用人工制造出一个新环境,把大自然的昼夜节律颠倒了,让蟑螂在里面生活,并用电子眼追踪它的活动。这样,白天成黑夜,黑夜变成了白天。过了一星期,蟑螂调整了原来的生活节律,改为在人造黑夜里活动啦。

科学家认为,蟑螂身上有一只奇妙的“钟”,指示着蟑螂的活动和休息。这只“生物钟”藏在哪儿呢?在蟑螂的咽下有一种神经节,它的侧面和腹面有一群神经分泌细胞,分泌和调节着激素,发出行动的“指令”。

人们曾经将一只蟑螂身上的这个组织摘下,移植到另一只蟑螂身上去,这只奇特的时钟,它照样有规律地在摆动,当这一组织被冷却到0℃时,它的工作就停止了,湿度增高,时钟又开始摆动。

可是,把蟑螂的这一神经组织摘去,“停摆”了一段时间后,它的活动又变得有规律了。这是什么原因呢?科学家发现,蟑螂除了这个“时钟”外,还有更重要的“母钟”在摆动计时。这“母钟”就是神经纤维轴突末端和其他神经联接处的神经突触,它分泌的激素控制着一般“生物钟”(子钟)。

科学家认为,“子钟”指示着蟑螂的日常活动,而“母钟”则是在“子钟”发生偏差时,或者在“子钟”停摆时,才出来发挥作用。

秋去春回话候鸟

候鸟是随季节变化而迁居的。每年春夏之交,从南方飞来产卵繁殖的家燕、白鹭,到了秋天又飞返南方,这是从越冬地飞向生殖区,叫夏候鸟。秋冬之交,从北方南飞的大雁、野鸭,到第二年春天又飞返北方,这是从生殖区飞往越冬区,叫冬候鸟。

无数世纪以来,候鸟一直这样,秋去春回,年年此时鸟归来。

家燕筑巢在屋檐下或横梁下,衔泥和草梗,筑成碗形的巢穴。“翩翩堂前燕,冬藏夏来见。”它在旧地产蛋育儿,每天要哺喂小鸟近200次,一对燕子每天得捕捉几百只害虫,6个月里就吞吃了约10万只。“须臾千来往,犹恐巢中饥。辛勤三十日,母瘦雏渐肥”。

燕子来自何方?有人编出一个美丽的神话,说燕子来自“乌衣国”,那里是它的故乡。乌衣国是没有的,家燕来自印度半岛、南洋群岛等越冬地。每年,从南方向北飞迁,最先到达广东,三月间先后到达福建、浙江和长江三角洲一带,4月间在山海关等地已见到它的踪迹,然后到东北和内蒙等地。

燕子每年都能正确地找到故乡的栖居地。“似曾相识燕归来”,“不嫌贫屋归”,“飞入寻常百姓家”。

黄胸胸鸟迁徙的途径选择了一条曲折的路线。春天,黄胸胸鸟从印度半岛、中南半岛,向北经我国飞到西伯利亚,再经东欧飞到西欧地区,在那儿营巢,产卵,繁殖。到了秋季,黄胸胸鸟又顺着这条迂回途径,南返到印度半岛和中南半岛。

雁是冬候鸟,每年秋冬季节,成群结队地向南迁飞。飞行途径主要有两条:一条途径由我国东北经过黄河、长江流域,到达福建、广东沿海,甚至远达南洋群岛。第二条路线经由内蒙古、青海、四川、云南,最后到缅甸、印度越冬。

古代诗歌中对北雁南飞作了生动描绘:“月黑雁飞高”,“北风吹雁雪纷纷”,“征篷出汉塞,归雁入胡天”。塞外,指长城西部以北地区,农历8月,这里开始飞雪了,正是北雁南飞之时。在甘肃玉门关以西地区,使者的草车行进在秋季的荒漠中,看到了飞雪天有大雁南飞,还有那随风飘滚的蓬草。

不仅亚洲的雁南北往返迁徙,欧洲和北美洲的雁群也是这样。每当秋风扫落叶的时候,北欧的雁群南迁到非洲。北美洲的雁群南迁到南美洲,到了第二年春天,再飞返回它们的“故乡”。

北美洲苏必利尔湖西部,一直到哈得逊湾间的广阔土地上,生长着大片原始森林,那里栖息了世界最大的鹰群。每年深秋季节,气候变冷,鹰群就成群结队向南部飞迁去过冬,最多达25万只以上。到了春暖以后,再飞返繁殖地区。

说也奇怪,这群飞鹰都是由同一条航线迁徙的,它们沿着苏必利尔湖沿岸上空飞行,组成一股强大的活动的“鹰流”,好像是一条无形的空中走廊。鹰流飞过时,铺天盖地,好比乌云压顶,天色顿时变得黑沉沉了,它成了自然界的一大奇观。

北美洲的金行鸟迁徙是绕大圈飞行。金行鸟有东、西两种,东金行鸟春季在阿拉斯加西部和西伯利亚东北部繁殖,南迁时南飞到台湾、广东和云南,一次飞行的距离有4000多公里。西金行鸟在加拿大森林里筑巢繁殖,到秋季向南飞迁,经拉布拉达半岛、大西洋、巴西,一直到阿根廷的丛林草地过冬,春季向北飞行,经中美洲、密西西比河返回“故乡”。

鹳鸟从北欧迁飞,途经地中海、撒哈拉沙漠,一直飞到南非去越冬。飞行时间约3个月,飞行速度较快。

翁鸟鸟飞迁的距离更是惊人。人们发现,一只幼鸟夏季在北极圈内的格陵兰岛孵出后,向南飞迁时,经过许多日日夜夜,一直飞到远离故乡成万公里的西非各国。

海洋鹱是在北极地区极昼的时候产卵繁殖的,这时候南极正是极夜,海洋鹱产完卵,孵出幼鸟,飞到南方过冬,那时候南极洲正好开始了极昼,它们飞得更远,每年飞返的旅程4~5万公里,而且每次都能准确地找到目的地。

候鸟为什么只是在春秋两季飞迁呢?生物学家认为,气候(包括气温、风、雪、日照)、食物等的外界因素,同季节关系密切,对鸟的迁徙影响显著,越冬地带,夏季酷热,不适宜鸟的产卵繁育,春天时就北返故乡,繁殖地区冬季严寒,对鸟儿觅食、生活十分不利,秋天时就南去越冬了。

南来北往的带鱼和章鱼

带鱼、大黄鱼、小黄鱼和墨鱼被称为中国四大海洋产品。带鱼、大黄鱼和小黄鱼都是洄游性鱼类,随着季节水温的变化,往来于南北不同的海域。

带鱼体形侧扁,呈带形,满身银白色,嘴大,长有利齿。白天栖息在中下水层,夜晚上升到海面。它游泳时不是靠鳍来划动的,而是将身躯左右摇摆作波浪式的运动。

每年立冬前后,黄海南下的、南海北上的以及深海向岸游来的带鱼群,在舟山群岛附近“会师”,那里有丰富的食料,形成了东海冬季大渔汛。它们时留时停,迂回曲折地前进,游程几百公里,一批又一批,多达70多批,时间长达80天。

我国带鱼可分为北带和南带两种。北部海洋的叫北带,体大力强。冬季,北方带鱼从东海洄游,向北一直到渤海,形成春季渔汛。产卵以后,秋季就开始南下索饵洄游,来到东海。

南部海洋的叫南带,体小而肥。冬季,南方带鱼洄游到南海过冬,第二年春天开始产卵洄游,形成春季渔汛。产卵以后,秋季到达长江口附近索饵洄游。

产卵季节,雌雄带鱼在海水中穿梭往来,相互追逐,雌鱼产卵,雄鱼排精,一尾雌鱼能撒下7万粒左右的鱼卵,鱼卵随波逐流,密密麻麻。受精卵只要4天就孵化成几毫米长的小带鱼,像针尖和麦芒。

黄鱼在深海区域越冬,每年春季到近海洄游产卵,产卵后又在近海索饵洄游。

黄鱼分大黄鱼和小黄鱼两种,它们外貌很相似,体形大小不同。

大黄鱼既怕热又怕冷,因此它们大都全年生活在浙、闽沿海,广东沿海要在冬春时才大量出现,从江苏沿海往北,就很少见到它们的踪影了。繁殖季节,它们密集成群,栖息在近海的中层,雌鱼不断发出“咯……咯……”的“叫”声,整个产卵场热闹非凡,仿佛夏夜蛙鸣那样。鸣声是由鱼腹肌肉收缩同鳔摩擦而产生的。这是求偶和同类互通信息的手段。大黄鱼每次产卵10万到100万粒。

小黄鱼的生活习性跟大黄鱼不同,它们白天躲在水底下,每当黄昏和黎明时分,就游到中上层来觅食,吃食鱼虾和贝类。它同大黄鱼食谱相似,鱼鳔也能发声。

小黄鱼比大黄鱼分布范围广多了,有北洋黄鱼和南洋黄鱼的区分。

春天,黄海水温升高,济州岛附近的黄海越冬场的小黄鱼,成群结队沿着山东半岛向渤海进发,5月间分别到达黄河口、大沽口和营口等沿海,寻找适宜的场所产卵和觅食。

秋季,渤海水温慢慢降低,小黄鱼连同幼鱼一起离开渤海,初冬时,又回到黄海越冬场过冬了。

在浙江东南部沿海越冬的小黄鱼,春季开始北上到舟山群岛或江苏沿海去产卵,小部分南下到福建沿海去产卵,冬季又洄游到东海越冬场去过冬。

黄鱼的洄游是有一定规律的,时间和路线基本上年年如此,人们掌握了这种规律,就地布下巨网,就能取得渔业丰收。

树木的年龄——年轮

树木的年龄,人们都是根据“年轮”来判断的。那么,年轮是什么呢?就是树木干茎每年形成的圆环。

温带地区和有旱季、雨季的热带地区,树木年复一年地生长,一年内由于季节和气候的不同,形成层细胞的活动表现出有规律的变化。春季,气候转暖,养料充足,形成层细胞的分裂和生长都快,所产生的木质部,细胞较大,壁薄,导管多而大,木纤维少,这叫早材或春材。入秋,气温渐低,养料减少,形成层细胞的分裂和生长都减慢,所产生的木质部,细胞较小,壁厚,导管小而少,木纤维多,这叫晚材或秋材。

早材的颜色较淡,晚材较深,它们合起来成一圆环,这就是树木一年所形成的木材,叫“年轮”。年轮,顾名思义是一年长一轮,有多少个圈数,就知道这株树的大概岁数了。

并不是所有的树木都有年轮,像单子叶植物由于没有形成层,也就没有年轮。在缺少季相变化的热带地区,形成层所产生的细胞差异很小,年轮往往不明显。有时,由于形成层有节奏地活动,每年也可以产生几个年轮。因此,根据年轮来推算树龄,还得除去假年轮,只能得到一个近似的数据。

年轮——树木这种独特的“语言”不仅叙说了树木的年龄,还记录和揭示了气候的变化状况。美国亚利桑那州大学最早建立了一个系统研究树木年轮的实验室,科学工作者经长期观察研究发现,美国西南部的松树对气候变化特别敏感。在寒冷湿润的年代,松树的年轮长得很狭窄。根据这一规律,可以推断出很久以前当地的气候情况。

人们发现,年轮的图案同气温、气压、降水有一定的关系。有人根据年轮绘制了近几个世纪以来北美洲历年的气象图。这些气象图同现代气象设备记录的结果很相似。

19世纪时,有一支矿藏勘测队横穿美国西部平原时,留下了一份日记,记录了当年他们遭到严寒和暴风雨的经过,有趣的是,根据当地树木年轮,也同样反映了这一异常气候的事实。

美国的刺果松是19世纪在西南部发现的,这种奇树数量已很稀少。1964年,北加罗来纳大学地理系学生库瑞等,在对惠勒峰的冰川研究时找到了刺果松。为了搜集旁证,推断冰川形成的年代,便用穿孔器钻凿了几颗老树,他发现其中有颗老树已有4000多岁,一时兴奋竟把穿孔器折断了。他申请用链锯伐木,居然得到林区视察员的允准。他们随便在树根以上2.5米处锯断树干,然后用低倍率的放大镜仔细察看,数得树干共有4844圈年轮。一颗世界上最古老的刺果松就这样被毁了。消息传开后,全国震惊,美国林务局终于作出了对刺果松严密保护的决定。

科学家在研究刺果松时发现,生长在不毛之地的刺果松针叶树,对于温度的变化特别敏感,人们凭树的年轮能够推测过去雨量的记录。这种资料能显示气候变化周期,协助预测未来气候情况。这对于干燥的西部和其他贫瘠地区都十分重要。用空心钻孔器钻进树干,截取一段直径6毫米的木心,不会危及树木的生命,科学家用活树上钻取到的宽窄年轮组成的图案,跟史前印第安人的岩洞居民所用木材的年轮图案相对照,借以判断考古地点的年代。

人体的生物钟

人体存在智力、情绪、体力周期分别为33天、28天和23天的生物钟,这3种“钟”存在明显的盛衰起伏,在各自的运转中都有高潮期,低潮期和临界期。这3种“钟”犹如一首协调、优美而神秘的三重奏,奏出了人类生命的运动规律。如人体三节律运行在高潮时,则表现出精力充沛,思维敏捷,情绪乐观,记忆力、理解力强,这样的时机是学习、工作、锻炼的大好时机。这时怀孕所生的孩子一定是聪明伶俐的优生儿。在此期,增加学习、运动量,往往事半功倍。学生节律高潮时考试易取得好成绩,作家易显“灵感”火花,运动员在此期易破记录。我国著名跳高名将朱建华,一年三破世界跳高记录,其时间是1983年6月11日,跳过2.37米,1983年9月22日跳过2.38米,1984年6月10日跳过2.39米。这3次创记录都是在其生物节律运行高潮期完成的。尤其是第一、第三次破记录,他的体力钟恰好处于峰值。

相反,三节律运行在临界或低潮期,会表现耐力下降,情绪低落,反应迟钝,健忘走神,这时易出车祸和医疗事故,也难在考试中出成绩。1980年12月,在香港第八届亚洲女子篮球赛上,我国女篮和韩国女篮实力比较接近,而我女篮竟输给对方33分。事后计算,中国队5名主力队员中只有一人生物节律处于高潮期,另4名主力队员中有的3条曲线在低潮期或临界期,有的2条曲线在低潮期或临界期。如果当时教练熟悉和掌握场上队员的生物节律,适当调整“阵容”——让技术稍差一点,但生物节律正处高潮的队员上场,就不可能惨败到如此程度。老年人发病常在情绪钟低潮期,而许多疾病死亡时间恰在智力、体力、情绪三节律的双重临界日和三重临界日。了解自己三节律的临界日和低潮期,可以在心理上早作准备,以顽强的意志和高度的责任感去克服困难,安然度过临界日和低潮期。

人体生物钟三节律周期理论是指一个人在自身“水平线”上的波动。当人体三节律处于临界期或低潮期,人确实会感到智力下降、情绪欠安和体力易疲劳感,但人是有理智的,有责任感的。我们了解自己的临界期、低潮期,对它没有恐惧的必要,更不要以生物钟低潮期或临界期为借口。为了降低事故发生率,把处于节律双重、三重临界日驾驶员换下来干其他工作,或提醒他谨慎驾驶,以高度责任感来克服临界日的不适。当然高潮期的驾驶员麻痹大意,以为乱开车也不会出事故,这是绝对错误的。对于学生考试,智力钟处于临界或低潮期,确对水平发挥有一定影响,但考试日期却是不能由个人决定的,如考试期正值低潮期,其前些日子必是高潮期,正确的做法应当在高潮期抓紧时间学习,把功课温习好,临近考期做一些轻松活动,如听听轻快的音乐,保证足够的睡眠,以良好的精神状态和顽强的拼搏精神去迎考。相反,一味盲目乐观庆幸考期处于生物节律高潮期,而不认真温习功课,也不可能考出好成绩。

雄鸡一唱天下白

“喔喔喔”,农村里的大公鸡叫个不停,它把人们从梦中唤醒,似乎是说,天亮啦,快起床吧!

鸡是一只“活时钟”,古人称它为“知时禽”。“犬守夜,鸡司晨”,“未晚先投宿,鸡鸣早看天”,说的也是这个意思。

我国周朝有种叫“鸡人”的官,专门负责“司晨”,就是在祭祀这一天,每当鸡鸣的时候,专门唤醒百官赶快上朝。后来发展成每天早晨“鸡人”戴上鸡冠形的红帽子,撞钟报晓了。

雄鸡的啼叫声还是人们作为策励自己上进的警号。有个“闻鸡起舞”的故事说:祖逖和刘琨两人,年轻时都抱有远大的志向,发誓要驱逐入侵的外族,振兴晋朝。他俩常常同睡一床,枕戈待旦。半夜后,他们就竞听鸡叫,互比早起,闻鸡一叫,两人马上从热被窝里跳出来,跑到庭园去舞剑戟,刻苦练武,准备随时为国效劳。后来,他俩都成了名人。

我国是世界上养鸡最早的国家,我国殷商甲骨文中就记载了鸡。《诗经》中有“鸡鸣喈喈”,“鸡栖于树”的诗句。鸡在古代,是六畜中最先被畜用的禽畜。

世界各国民间流传着不少同鸡有关的风俗。古人义结金兰或两国结成兄弟同盟的时候,就有宰鸡饮血誓盟的仪式。人们婚娶时,男方到女家迎亲,送雌雄鸡一对,以兆百年偕老。鸡被看作是吉庆的象征。中国、印度和希腊等国,古代都盛行斗鸡的风俗。至今在亚洲、欧洲和美洲都还保留着斗鸡的习俗,以巴西、墨西哥、菲律宾、缅甸等地最盛行。

“雄鸡一唱天下白。”公鸡为什么一到清晨就啼鸣呢?经过科学家的长期观察和研究,证明生物体内有一个奇妙的“生物钟”,指挥着生物的行为。鸡的“生物钟”长在鸡的大脑和小脑之间的一个松果形状的小内分泌器里。光线能使松果体细胞内外的电位差发生变化,从而发生化学反应,使“生物钟”摆动。它记忆着昼夜的明暗规律,指挥着公鸡的日常活动:天快亮了,公鸡就放声啼唱。天要黑了,就赶快去宿窝。

生物钟与时差综合症

人有体内时钟,地球上有各种生态周期。它们协调地交织在一起,形成了丰富多彩的人类生活和绚丽璀璨的自然环境。然而,现代文明往往会使这和谐的节律受到侵扰,从而造成麻烦。

乘飞机旅行的人,由时差引起的不适便是典型的例子。

人体钟不可能像现代喷气发动机那样高速运转。在东西方向飞越时区和日界线时,旅行者会像在不知不觉中失去或赚来一天或几个小时的时间。从华盛顿飞抵西安的游客,刚下飞机时会感到紧张、劳累和不习惯。他们的这种感觉并不是虚幻。因为实验已经证明,快速跨越时区会使人产生明显的生理和心理变化。美国的一组志愿人员曾在美国俄克拉何马城和菲律宾的马尼拉之间做过往返飞行试验。结果发现,这些人在到达目的地后34小时内,没有一个人能够顺利完成10个两位数加法运算,有些人的“反应时间”甚至增加了2~3倍。而在南北方向飞行(时差小于半小时),则没有类似现象发生。

在这个实验中,俄克拉何马城与马尼拉之间的时间相差10个小时,试验者在飞行中要跨过10个时区。如果飞机在1月27日上午5时起飞,经10小时飞行后到达马尼拉,试验者体内生物钟保持在当天下午3时,(俄克拉何马地方时间),但这时马尼拉的地方时间却已经是1月28日早晨6时了。试验者普遍因为27日这一天“变短”而感到不适。

这是由东向西飞行的情况。反过来,由西向东飞行时也是如此。

这种由于人体内的生物钟和地方时间(外部时间)突然失调而引起的人体不适,就叫做高速飞行时差综合症,也叫时区疲劳症。随着现代交通工具的发展,人们跨洲过洋的旅行机会逐渐增多,因而时差综合症也就越来越多地引起人们的重视。例如,德国民航局的研究人员就曾提出过这样建议:作东西方向飞行的游客到达目的地后,最好先休息一天,然后再外出游览。商业人员在到达后的34小时内,最好不要从事重要的业务活动。另外,据说美国政府还正式规定,外交官作这种飞行后,必须休息一天,才能进行谈判。

除时差综合症外,夜间工作也会在短期内影响人的精神状态。随着工业化程度的加强,实行三班工作制的地方越来越多。新走上工作岗位的青年工人,如果对日常生活程序的这种改变缺乏充分准备,除有精神不适外,睡眠、饮食等日常生活习惯也会受到影响,倒班时往往要发生差错。因此对于他们来说,应该加速对于新生活、新作息时间表的适应。最好的办法就是尽可能加强白昼和黑夜性状(包括光亮、黑暗、进餐、休息等)的对比,主动适应新程序,使自己的体内时钟尽快地和外部环境同步起来。

生物钟与合理支配时间

时间是最宝贵的。几乎每个人都力图在有限的时间里做出更多的有益于人类的业绩,以创造生命的最高价值。然而,人们应该怎样去利用时间,才能达到这个目的呢?

这里,除通常所说的珍惜、抓紧和不浪费时间外,还有一个合理支配时间的问题。

大家知道,在一天的不同时间里,人的精力状况是不一样的。用生理学家的话来说,就是人的大脑皮质对外界刺激的反应能力,随时间而变化。合理支配时间的秘诀就在于最充分地利用你最显效率的时间,把最重要的工作安排在你一天中最有效的时间里去做。这样可以花较少的气力完成较多的工作,收到“事半功倍”的效果。

每个人的生理情况和所处环境不同,一天中最显效率的时间也不一样。“一日之计在于晨”,这只是一种笼统说法,不是每个人都适用的。据说,生理学家经过大量观察和研究,根据生理活动规律把人分为“百灵鸟”型和“猫头鹰”型两大类。百灵鸟型的人早睡早起,上午精力充沛,办事效率高。而属于猫头鹰型的人则刚好相反,他们下午精神焕发,深夜工作效率最高,早晨却要睡觉。

多数人属于“混合型”。他们适应环境的能力很强,一昼夜中具有上述两次工作能力高峰。据说,我国伟大原思想家鲁迅常在晚上挥笔写作,白天会客、看书。诗人艾青则于早晨大发诗兴。巴尔扎克同他们又不一样,他一般是从半夜到中午埋头写作,从中午到下午4点校对样稿,5点用餐,5点半上床睡觉,半夜起来工作。前苏联著名教育家苏霍姆林斯基说,他的30多本教育学方面的专著,以及枷多篇学术论文,都是利用早晨5点到8点的时间写成的。

当然,合理支配时间并不是机械地服从时间的安排,而是要让有限的时间以高效率发挥出更多的作用。对于一个充满进取心的人来说,时间是不能用工作、学习、娱乐和休息截然分开的。从事于自然科学研究的人,常常把阅读文艺小说当作一种休息。同样,搞文艺创作的人,也把浏览科普书刊视为休息。他们都在休息之中主动扩大自己的知识面。有些著名科学家,不管在什么时候,一旦出现所谓灵感或其他某种机遇,就抓住不放,穷追不舍,从而做出了重大发现。据说德国化学家开库勒,由于梦象的启发提出了苯化合物是六边形的设想,最后得到了证实。这类故事虽然多少带有传奇色彩,但它对于今天的青年来说,还是有启迪作用的。

我们现在正在进行伟大的四化建设。时间就是效率,时间就是效益。让我们都能惜时如金,努力创造业绩吧!

生物钟的调拨

钟表可以调拨对时,那么生物钟是否也有这种性质呢?生物活动的时间节律既然不是它们对外界环境变化的简单反应,那么究竟与外界环境的变化有无关系呢?

科学工作者在实验中又有了新的发现。

他们把鼯鼠放在一个铁丝笼子里,将笼子放在全黑的环境中,发现这种动物的活动周期逐渐偏离了24小时,已变为23小时或25小时,这就叫做“近昼夜节律”。如果以23小时计算,鼯鼠每天提前一个小时开始奔跑,那么,经过3个多星期,鼯鼠的活动就比自然界中的鼯鼠推迟一昼夜。

蟑螂是一种害虫,傍晚最为活跃,成群结队地出来觅食。有人把蟑螂装进笼子里,再把笼子放到暗处,用电子眼监视它们的活动,给它制造一个与外界颠倒的昼夜环境。黑夜用电灯照亮暗室,清晨关闭电灯,保持黑暗。大约经过1个星期,蟑螂的活动次序也颠倒过来。在人造的黑夜里进行活动,尽管这时外边还是光天化日。

原来,生物的生物钟也和人造钟表一样,可以进行调拨,可以调快,也可以调慢,还可以把时间的起点对在任一时刻上。钟表的调拨是通过人来完成的,生物钟的调拨靠的是什么呢?联系上边的实验,我们可以自然地联想到,生物钟的调拨者,正是生物周围变化的环境条件。生物钟本身的存在是内因,而环境条件变化的影响则是外因。生物所以偏离了原来的自然节律,而按着人为的节律活动,是因为生物钟被人为的环境条件调拨了。一旦把实验生物再放到大自然的环境中,要不了多久,它们的生物钟又被自然环境调回到原来的状态,重新按着自然的节律活动了。

随着研究的深入,人们一定能发现更多生物的生物钟,进一步加深对生物钟本质及其规律性的了解。

为什么要研究生物钟

讲到这里,也许有人会问,科学工作者花费这么大的精力来研究生物钟,有什么现实意义呢?

迄今为止,我们研究生物钟的目的,不是在于要用生物钟来计量时间,因为我们已经有了非常精确的晶体钟和原子钟,这比起生物钟要精确得多。研究生物钟的目的,在于认识生物界,了解生物界未被人类所认识的规律性,更好地改造自然。同时,我们也可以从生物界得到许多有益的启示,为我们现代科学服务。

生物钟是生物长期进化的产物,是生物为了确保生存而适应环境条件的重要手段。

为了提高农作物的产量,我们可以尽量满足作物所需要的自然环境条件。比如大豆在12∶12的光暗循环条件下,开花早、产量高。在9∶9或15∶15的条件下,开花迟,产量低。而在8∶8或16∶16的条件下,就不能开花,没有收获。

另外,我们又可以适当地改变环境条件,人为的调拨生物的生物钟,使它们向着对人类有利的方向发展。有些水稻的品种对日照的长度非常敏感,它可以感知日照长度的微小变化,每天延长或缩短几十分钟的光照,就可以使水稻开花的时间推迟或提前许多天。

生物钟和人类也是密切相关的,据医学文献上记载,有许多疾病周期性的发生,如周期性发烧,周期性腹疼,周期性呕吐,周期性麻痹……甚至有这样的事:有位足球教练,他的膝盖有规律的每9天发生一次肿胀,使他不得不按这个规律来制定练球计划。这些疾病,显然和人体的生物钟有关。对生物钟的研究,就可以帮助我们揭开这些病因的秘密并提供科学的治疗方法。

人体在不同时间对各种药物的敏感性也不一样,通过实验得知:心脏病人在上午4时对药物“洋地黄”的敏感性要比别的时候大40倍,糖尿病人则在上午4时对“胰岛素”最为敏感。为了增加疗效,减小副作用,就可以根据生物钟的原理控制病人的服药时间。

据说人的衰老也与人的生物钟有关,有的人衰老得慢,有的人衰老得快,这是因为他们的生物钟的某些特性不同。研究生物钟,可以给人们提供长寿的方法。

大家知道,无论是宇宙飞船还是核动力潜艇,都需要人来驾驶。这些驾驶员是在密封舱里工作的,根本看不到白天和黑夜,作息时间是人为地用电光来控制。特别是宇宙飞船遨游太空时,地球上的各种环境节律都已消失了,但是人的生物钟仍然需要按着24小时的节律来工作,否则人就会感觉疲倦不堪,无法完成航行任务。所以,必须使宇宙飞船控制台的工作制度完全符合地球上24小时的时间节律。

有些动物在长途的迁徒中,有着惊人的根据天体定位的本领,这就需要用它们的生物钟对时间进行精确地校正。如果我们弄清了生物钟的本质、时间感受器的特性和记忆时间的原理,毫无疑问,对我们设计自动导航和自动跟踪系统是会大有帮助的。 NwlSOMIh9qUsHVp9PsDCrCDLP8Y5RqFpV68qE6X12y+vP+ho5S9wQFRGF4Wb1kGn

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