科技大趋势系列 100 仿生学 仿生学漫谈 苍蝇，是细菌的传播者，谁都讨厌它。可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒） 是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经 应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”， 由30O0多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用 几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作镜头可以制成“蝇眼照 相机”，一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和 大量复制电子计算机的微小电路，大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是 一种新型光学元件，它的用途很多。 自然界形形色色的生物，都有着怎样的奇异本领？它们的种种本领，给 了人类哪些启发？模仿这些本领，人类又可以造出什么样的机器？这里要介 绍的一门新兴科学——仿生学。 仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在本世纪中期才出现的 一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些 原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。 从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非 常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝 图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。 人类仿生由来已久 自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。 种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得 到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、 交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑 获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有 类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界 里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运 用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本 领。鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿 鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游 动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐 改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛 滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。 鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而 飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。 早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细 的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼 机，这是世界上第一架人造飞行器。 以上这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生的先 驱，也是仿生学的萌芽。 发人深省的对比 人类仿生的行为虽然早有雏型，但是在20世纪40年代以前，人们并没 有自觉地把生物作为设计思想和创造发明的源泉。科学家对于生物学的研究 也只停留在描述生物体精巧的结构和完美的功能上。而工程技术人员更多的 依赖于他们卓越的智慧，辛辛苦苦的努力，进行着人工发明。他们很少有意 识的向生物界学习。但是，以下几个事实可以说明：人们在技术上遇到的某 些难题，生物界早在千百万年前就曾出现，而且在进化过程中就已解决了， 然而人类却没有从生物界得到应有的启示。 在第一次世界大战时期，出于军事上的需要，为使舰艇在水下隐蔽航行 而制造出潜水艇。当工程技术人员在设计原始的潜艇时，是先用石块或铅块 装在潜艇上使它下沉，如果需要升至水面，就将携带的石块或铅块扔掉，使 艇身回到水面来。以后经过改进，在潜艇上采用浮箱交替充水和排水的方法 来改变潜艇的重量。以后又改成压载水舱，在水舱的上部设放气阀，下面设 注水阀，当水舱灌满海水时，艇身重量增加使可它潜入水中。需要紧急下潜 时，还有速潜水舱，待艇身潜入水中后，再把速潜水舱内的海水排出。如果 一部分压载水舱充水，另一部分空着，潜水艇可处于半潜状态。潜艇要起浮 时，将压缩空气通入水舱排出海水，艇内海水重量减轻后潜艇就可以上浮。 如此优越的机械装置实现了潜艇的自由沉浮。但是后来发现鱼类的沉浮系统 比人们的发明要简单得多，鱼的沉浮系统仅仅是充气的鱼鳔。鳔内不受肌肉 的控制，而是依靠分泌氧气进入鳔内或是重新吸收鳔内一部分氧气来调节鱼 鳔中气体含量，促使鱼体自由沉浮。然而鱼类如此巧妙的沉浮系统，对于潜 艇设计师的启发和帮助已经为时过迟了。 声音是人们生活中不可缺少的要素。通过语言，人们交流思想和感情， 优美的音乐使人们获得艺术的享受，工程技术人员还把声学系统应用在工业 生产和军事技术中，成为颇为重要的信息之一。自从潜水艇问世以来，随之 而来的就是水面的舰船如何发现潜艇的位置以防偷袭；而潜艇沉入水中后， 也须准确测定敌船方位和距离以利攻击。因此，在第一次世界大战期间，在 海洋上，水面与水中敌对双方的斗争采用了各种手段。海军工程师们也利用 声学系统作为一个重要的侦察手段。首先采用的是水听器，也称噪声测向仪， 通过听测敌舰航行中所发出的噪声来发现敌舰。只要周围水域中有敌舰在航 行，机器与螺旋桨推进器便发出噪声，通过水听器就能听到，能及时发现敌 人。但那时的水听器很不完善，一般只能收到本身舰只的噪声，要侦听敌舰， 必须减慢舰只航行速度甚至完全停车才能分辨潜艇的噪音，这样很不利于战 斗行动。不久，法国科学家郎之万（1872～1946）研究成功利用超声波反射 的性质来探测水下舰艇。用一个超声波发生器，向水中发出超声波后，如果 遇到目标便反射回来，由接收器收到。根据接收回波的时间间隔和方位，便 可测出目标的方位和距离，这就是所谓的声纳系统。人造声纳系统的发明及 在侦察敌方潜水艇方面获得的突出成果，曾使人们为之惊叹不已。岂不知远 在地球上出现人类之前，蝙蝠、海豚早已对“回声定位”声纳系统应用自如 了。 生物在漫长的年代里就是生活在被声音包围的自然界中，它们利用声音 寻食，逃避敌害和求偶繁殖。因此，声音是生物赖以生存的一种重要信息。 意大利人斯帕兰赞尼很早以前就发现蝙蝠能在完全黑暗中任意飞行，既能躲 避障碍物也能捕食在飞行中的昆虫，但是堵塞蝙蝠的双耳后，它们在黑暗中 就寸步难行了。面对这些事实，帕兰赞尼提出了一个使人们难以接受的结论： 蝙蝠能用耳朵“看东西”。第一次世界大战结束后，1920年哈台认为蝙蝠发 出声音信号的频率超出人耳的听觉范围。并提出蝙蝠对目标的定位方法与第 一次世界大战时郎之万发明的用超声波回波定位的方法相同。遗憾的是，哈 台的提示并未引起人们的重视，而工程师们对于蝙蝠具有“回声定位”的技 术是难以相信的。直到1983年采用了电子测量器，才完完全全证实蝙蝠就是 以发出超声波来定位的。但是这对于早期雷达和声纳的发明已经不能有所帮 助了。 另一个事例是人们对于昆虫行为为时过晚的研究。在利奥那多·达·芬 奇研究鸟类飞行造出第一个飞行器400年之后，人们经过长期反复的实践， 终于在1903年发明了飞机，使人类实现了飞上天空的梦想。由于不断改进， 30年后人们的飞机不论在速度、高度和飞行距离上都超过了鸟类，显示了人 类的智慧和才能。但是在继续研制飞行更快更高的飞机时，设计师又碰到了 一个难题，就是气体动力学中的颤振现象。当飞机飞行时，机翼发生有害的 振动，飞行越快，机翼的颤振越强烈，甚至使机翼折断，造成飞机坠落，许 多试飞的飞行员因而丧生。飞机设计师们为此花费了巨大的精力研究消除有 害的颤振现象，经过长时间的努力才找到解决这一难题的方法。就在机翼前 缘的远端上安放一个加重装置，这样就把有害的振动消除了。可是，昆虫早 在三亿年以前就飞翔在空中了，它们也毫不例外地受到颤振的危害，经过长 期的进化，昆虫早已成功地获得防止颤振的方法。生物学家在研究蜻蜓翅膀 时，发现在每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅 痣。如果把翼眼去掉，飞行就变得荡来荡去。实验证明正是翼眼的角质组织 使蜻蜓飞行的翅膀消除了颤振的危害，这与设计师高超的发明何等相似。假 如设计师们先向昆虫学习翼眼的功用，获得有益于解决颤振的设计思想，就 可似避免长期的探索和人员的牺牲了。面对蜻蜓翅膀的翼眼，飞机设计师大 有相见恨晚之感！ 以上这三个事例发人深省，也使人们受到了很大启发。早在地球上出现 人类之前，各种生物已在大自然中生活了亿万年，在它们为生存而斗争的长 期进化中，获得了与大自然相适应的能力。生物学的研究可以说明，生物在 进化过程中形成的极其精确和完善的机制，使它们具备了适应内外环境变化 的能力。生物界具有许多卓有成效的本领。如体内的生物合成、能量转换、 信息的接受和传递、对外界的识别、导航、定向计算和综合等，显示出许多 机器所不可比拟的优越之处。生物的小巧、灵敏、快速、高效、可靠和抗干 扰性实在令人惊叹不已。 连接生物与技术的桥梁 自从瓦特（James Watt，1736～1819）在1782年发明蒸汽机以后，人们 在生产斗争中获得了强大的动力。在工业技术方面基本上解决了能量的转 换、控制和利用等问题，从而引起了第一次工业革命，各式各样的机器如雨 后春笋般的出现，工业技术的发展极大地扩大和增强了人的体能，使人们从 繁重的体力劳动解脱出来。随着技术的发展，人们在蒸汽机以后又经历了电 气时代并向自动化时代迈进。 20 世纪 40 年代电子计算机的问世，更是给人类科学技术的宝库增添了 可贵的财富，它以可靠和高效的本领处理着人们手头上数以万计的各种信 息，使人们从汪洋大海般的数字、信息中解放出来，使用计算机和自动装置 可以使人们在繁杂的生产工序面前变得轻松省力，它们准确地调整、控制着 生产程序，使产品规格精确。但是，自动控制装置是按人们制定的固定程序 进行工作的，这就使它的控制能力具有很大的局限性。自动装置对外界缺乏 分析和进行灵活反应的能力，如果发生任何意外的情况，自动装置就要停止 工作，甚至发生意外事故，这就是自动装置本身所具有的严重缺点。要克服 这种缺点，无非是使机器各部件之间，机器与环境之间能够“通讯”，也就 是使自动控制装置具有适应内外环境变化的能力。要解决这一难题，在工程 技术中就要解决如何接受、转换。利用和控制信息的问题。因此，信息的利 用和控制就成为工业技术发展的一个主要矛盾。如何解决这个矛盾呢？生物 界给人类提供了有益的启示。 人类要从生物系统中获得启示，首先需要研究生物和技术装置是否存在 着共同的特性。1940年出现的调节理论，将生物与机器在一般意义上进行对 比。到 1944年，一些科学家已经明确了机器和生物体内的通讯、自动控制与 统计力学等一系列的问题上都是一致的。在这样的认识基础上，1947年，一 个新的学科——控制论产生了。 控制论（Cybernetics)是从希腊文而来，原意是“掌舵人”。按照控制 论的创始人之一维纳（Norbef Wiener,1894～1964)给予控制论的定义是“关 于在动物和机器中控制和通讯”的科学。虽然这个定义过于简单，仅仅是维 纳关于控制论经典著作的副题，但它直截了当地把人们对生物和机器的认识 联系在了一起。 控制论的基本观点认为，动物（尤其是人）与机器（包括各种通讯、控 制、计算的自动化装置）之间有一定的共体，也就是在它们具备的控制系统 内有某些共同的规律。根据控制论研究表明，各种控制系统的控制过程都包 含有信息的传递、变换与加工过程。控制系统工作的正常，取决于信息运 行 过程的正常。所谓控制系统是指由被控制的对象及各种控制元件、部件、线 路有机地结合成有一定控制功能的整体。从信息的观点来看，控制系统就是 一部信息通道的网络或体系。机器与生物体内的控制系统有许多共同之处， 于是人们对生物自动系统产生了极大的兴趣，并且采用物理学的、数学的甚 至是技术的模型对生物系统开展进一步的研究。因此，控制理论成为联系生 物学与工程技术的理论基础。成为沟通生物系统与技术系统的桥梁。 生物体和机器之间确实有很明显的相似之处，这些相似之处可以表现在 对生物体研究的不同水平上。由简单的单细胞到复杂的器官系统（如神经系 统）都存在着各种调节和自动控制的生理过程。我们可以把生物体看成是一 种具有特殊能力的机器，和其它机器的不同就在于生物体还有适应外界环境 和自我繁殖的能力。也可以把生物体比作一个自动化的工厂，它的各项功能 都遵循着力学的定律；它的各种结构协调地进行工作；它们能对一定的信号 和刺激作出定量的反应，而且能像自动控制一样，借助于专门的反馈联系组 织以自我控制的方式进行自我调节。例如我们身体内恒定的体温、正常的血 压、正常的血糖浓度等都是肌体内复杂的自控制系统进行调节的结果。控制 论的产生和发展，为生物系统与技术系统的连接架起了桥梁，使许多工程人 员自觉地向生物系统去寻求新的设计思想和原理。于是出现了这样一个趋 势，工程师为了和生物学家在共同合作的工程技术领域中获得成果，就主动 学习生物科学知识。 仿生学的诞生 随着生产的需要和科学技术的发展，从 50年代以来，人们已经认识到生 物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、 设计原理和创造发明的源泉。人们用化学、物理学、数学以及技术模型对生 物系统开展着深入的研究，促进了生物学的极大发展，对生物体内功能机理 的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不再是引人入胜的幻想，而成了 可以做到的事实。生物学家和工程师们积极合作，开始将从生物界获得的知 识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。生物学开始跨入各行各业技术革 新和技术革命的行列，而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得了 成功。于是生物学和工程技术学科结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的 科学——仿生学。 仿生学作为一门独立的学科，于 1960年9月正式诞生。由美国空军航空 局在俄亥俄州的空军基地戴通召开了第一次仿生学会议。会议讨论的中心议 题是“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计 上去吗？”斯梯尔为新兴的科学命名为“Bionics”，希腊文的意思代表着研 究生命系统功能的科学，1963 年我国将“Bionics”译为“仿生学”。斯梯 尔把仿生学定义为“模仿生物原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具 有或类似于生物特征的科学”。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。确切 地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等 各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并 创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从 生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方 面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了 新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵 活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。 仿生学的研究方法与内容 仿生学是生物学、数学和工程技术学相互渗透而结合成的一门新兴的边 缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨 大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含义不仅显 示出仿生学的组成，而且也概括表达了仿生学的研究途径。 仿生学的任务就是要研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模 式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。 仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有以 下三个阶段： 首先是对生物原型的研究。根据生产实际提出的具体课题，将研究所得 的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无 关的因素，得到一个生物模型；第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学 分析，并使其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型“翻译”成具有 一定意义的数学模型；最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物 模型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿生 中有创新。经过实践——认识——再实践的多次重复，才能使模拟出来的东 西越来越符合生产的需要。这样模拟的结果，使最终建成的机器设备将与生 物原型不同，在某些方面甚上超过生物原型的能力。例如今天的飞机在许多 方面都超过了鸟类的飞行能力，电子计算机在复杂的计算中要比人的计算能 力迅速而可靠。 仿生学的基本研究方法使它在生物学的研究中表现出一个突出的特点， 就是整体性。从仿生学的整体来看，它把生物看成是一个能与内外环境进行 联系和控制的复杂系统。它的任务就是研究复杂系统内各部分之间的相互关 系以及整个系统的行为和状态。生物最基本的特征就是生物的自我更新和自 我复制，它们与外界的联系是密不可分的。生物从环境中获得物质和能量， 才能进行生长和繁殖；生物从环境中接受信息，不断地调整和综合，才能适 应和进化。长期的进化过程使生物获得结构和功能的统一，局部与整体的协 调与统一。仿生学要研究生物体与外界刺激（输入信息）之间的定量关系， 即着重于数量关系的统一性，才能进行模拟。为达到此目的，采用任何局部 的方法都不能获得满意的效果。因此，仿生学的研究方法必须着重于整体。 仿生学的研究内容是极其丰富多彩的，因为生物界本身就包含着成千上 万的种类，它们具有各种优异的结构和功能供各行业来研究。自从仿生学问 世以来的二十几年内，仿生学的研究得到迅速的发展，且取得了很大的成果。 就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现 代工程技术的发展，学科分支繁多，在仿生学中相应地开展对口的技术仿生 研究。例如：航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；航空部门对鸟类、 昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航；工程建筑对生物力学的模拟；无线电 技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟；计算机技术对于脑 的模拟似及人工智能的研究等。在第一届仿生学会议上发表的比较典型的课 题有：“人造神经元有什么特点”、“设计生物计算机中的问题”、“用机 器识别图像”、“学习的机器”等。从中可以看出以电子仿生的研究比较广 泛。仿生学的研究课题多集中在以下三种生物原型的研究，即动物的感觉器 官、神经元、神经系统的整体作用。以后在机械仿生和化学仿生方面的研究 也随之开展起来，近些年又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和 宇宙仿生学等。 总之，仿生学的研究内容，从模拟微观世界的分子仿生学到宏观的宇宙 仿生学包括了更为广泛的内容。而当今的科学技术正是处于一个各种自然科 学高度综合和互相交叉、渗透的新时代，仿生学通过模拟的方法把对生命的 研究和实践结合起来，同时对生物学的发展也起了极大的促进作用。在其它 学科的渗透和影响下，使生物科学的研究在方法上发生了根本的转变；在内 容上也从描述和分析的水平向着精确和定量的方向深化。生物科学的发展又 是以仿生学为渠道向各种自然科学和技术科学输送宝贵的资料和丰富的营 养，加速科学的发展。闪此，仿生学的科研显示出无穷的生命力，它的发展 和成就将为促进世界整体科学技术的发展做出巨大的贡献。 生物界物理现象的启迪 从人造假手谈起 在一次自动控制技术的会议上，当一个没有手的 15 岁男孩，用假手在 黑板上用粉笔写起“向会议的参加者致敬”的时候，大厅里顿时响起了雷鸣 般的掌声。人们赞叹不绝，不断地向这种新颖控制技术的创造者表示热烈的 祝贺。 创造者是怎样使假手能像真手一样工作的呢？这就是我们要介绍的生物 电。 早在18世纪末叶，人们对生物机体内的生物电流，就已经有所认识。因 为生物体内不同的生命活动，能产生不同形式的生物电，如人体心脏的跳动、 肌肉的收缩、大脑的思维等等，所以人们就可以借助生物电来诊断各种疾病。 生物电的应用十分广泛，生物电手的应用就是其中之一。我们知道，人 双手的一切动作。都是大脑发出的一种指令（即电讯号）经过成千上万条神 经纤维，传递给手中相应部位的肌肉引起的一种反应。如果我们把大脑指令 传到肌肉中的生物电引出来，并把这个微弱的信号加以放大，那么，这种电 讯号就可以直接去操纵由机械、电气等部件组成的假手了。 国外一种假手，从肩膀到肘关节，使用了五只油压马达，手掌及手指的 动作利用两只电动马达。手臂在发出动作之前。利用上半身的各肌肉电流来 作为假手活动的指令。即在背脊及胸口安放相应的电极，用微型信号机来处 理那里产生的电流信息，七只马达就能根据想要做的动作进行运转。这种假 手的动作与真手臂大致相同，由于主要部分采用了硬铝及塑料，故其重量还 不到2.63公斤。据报道，这种假手已能够做诸如转动肩膀及手臂、掌、弯曲 关节等等27种动作了。它能为由于交通及工伤事故而被齐肩截断手臂的残废 者解决生活和工作上的许多不便。 国内在研究生物电控制假手方面，上海假肢厂的工人和上海生理研究所 的科技人员，经过共同的努力，已经制造了一种重约1.5公斤，握力达1公 斤，可以提10公斤的人造假手。其工作能源是由11节镍镉电池提供的。 人造假手的出现不仅为四肢残废的人制造了运用自如的四肢，而且由于 生物电经过放大之后，可以用导线或无线电波传送到非常遥远的地方去。显 然，这对于扩大人类的生产实践，将会产生具有影响力的改变。到那时，人 们可以叫假手到万米深的海底去取宝，或到高炉里、矿井里去操作，甚至可 似叫它到月亮上去开垦处女地。 生物电的研究，对于农业生产也具有很大的意义。我们常常见到的向日 葵，它们的花朵能随着太阳的东升西落而运动；含羞草的叶子，经不起轻扰， 一碰就会低眉垂头害起羞来。这些植物界中的自然现象，都是因为生物电在 起作用的缘故。 植物中的生物电，究竟是怎样产生的呢？有人曾做过如下的实验：在空 气中，将一个电极放在一株植物的叶子上，另一电极放在植物的基部，结果 发现两个电极之间能产生30毫伏左右的电位差。当将同样的一株植物放在密 封的真空中时，由于植物在真空中被迫停止生命活动，所以植物基部和叶片 之间的电压也就消失了。 这个实验有力地证明，生物的生命活动，是产生生物电的根源。 生物发电与通讯 老鼠是一种常见的动物，但老鼠能发电，也许你会感到惊奇。有人曾从 一个活老鼠身上，获得推动一架频率为500千周的无线电发射机正常工作所 需的电能。 老鼠中的生物电，据说能供这种发射机维持六个月的正常工作（每天按 工作八小时计算），且自身并无衰减。据测量，从老鼠身上引出的电流，其 电流为 0.68A。当电压为 0．23V，负载电阻为 500Ω时，则老鼠最大的输出 功率能达155μW。 有关研究表明，动物的眼睛也能发电。当人们把一根极细的金属丝通到 动物的眼睛神经细胞中，在光的作用下，对这些细胞所发出的电流放大 100 万倍，再在示波器的屏幕上进行记录时，发现这种微弱的电流，能随着光照 的强度、时间等因素的变化而改变。 许多生活在海洋中的鱼类，也具有发电的本领。 有人统计过，全世界大约有五百余种具有发电能力的鱼类。鱼依靠自身 的电能器官，能在水中黑暗的世界里进行导航、联络、求偶、觅食、攻击以 及辨别其他鱼的性别、种类甚至年龄等等。 各种鱼的发电本领各不相同，非洲鲶鱼能产生350V的电压；电鳗则能产 生500V以上的电压；大鳐鱼产生的电流能把50A的电阻丝烧断。 电鳐是发电的能手。它的外形很像一把厚的团扇，背腹扁平，头胸部连 在一起，尾部呈粗棒状。电鳐的一对小眼睛长在背面前面的中央，在身体的 腹面有一横裂状的小口，两侧各有五个鳃孔。电鳐常栖居在太平洋、大西洋、 印度洋等热带和亚热带海域的底部，行动迟钝，体长一般在2米左右。我国 东南沿海一带，也有电鳐分布，但体型较小，一般都在0.3米以下。 电鳐生长在深水之中，怎么会发电呢？经过解剖研究，原来电鳐头胸部 腹面两侧，各有一个肾脏形、蜂窝状的“发电器”，每个“发电器”大约由 600 个呈六角形的柱状管组成，而柱状管是由一块块肌肉纤维组织重叠而成 的，肌肉纤维组织的一面与神经末梢相连，当电鳐的大脑神经受到刺激和兴 奋时，电鳐两侧的“发电机”就能把神经脉冲变成电能而放出来。由于一块 块的肌肉纤维组织，好像蓄电池中的极片一样，且因柱状管之中充满着胶状 质的绝缘物质，所以电鳐放电时的电压高达80V左右。大鳐鱼的一个电脉冲， 甚至能使六个100W的灯泡，像霓虹灯广告牌一佯闪光。 电鳗生长在美洲中部和南部一带的河流中，特别是在亚马孙河下游和圭 亚那河流域最为常见。电鳗体长可达2米，休重约20公斤。虽然没有背鳍， 但胸鳍特别发达。电鳗是许多放电鱼类中放电能力最强的一种。它的发电器 官由胸鳍上方和测线下面的两排非常发达的纵行肌肉组织所构成。体长 50 厘米的电鳗，就能放出电压为40～300V的生物电。个体较大的电鳗，据说能 用生物电来击毙像马那样大的动物。所以，人们在捕捉肉味鲜美的电鳗时， 不得不将一些家畜赶到河中去，以消耗电鳗的电力，然后用网和手来捕捉已 经精疲力尽的电鳗。 电鳗的发电器不仅能寻找食物或抵抗敌害，更耐人寻味的是电鳗能利用 电能器官，进行水中通信和导航。当雄鳗鱼在接近鱼群中的雌鳗鱼时，发现 它们能改变电荷的强度。 象鼻鱼也是一种能发电的鱼，多分布在非洲热带地区的河流或湖泊之 中。它的嘴很长，头也特别大，约占体重的 1／25～l／2 8，这是任何其他 低等脊椎动物所不及的。 象鼻鱼的发电器官长在尾端的两边，在安静状态时，象鼻鱼能发出低频 率的电脉冲，如果有条象鼻鱼在附近时，则发现它们发出的电脉冲能立即迅 速地升高，达到一定程度时，双方的电脉冲又降低，逐步恢复到正常的低频 状态。 象鼻鱼不仅能发电，更令人惊奇的是背上具有一个能接收电波的东西， 好像雷达的天线一般。当象鼻鱼的吻部连同眼睛都钻入泥土中寻觅食物时， 尾部的发电器就能向四周发射电脉冲。如果遇到敌害，则背部的电波接收器 在接到电波的反射信号之后，就能立刻发出警告，象鼻鱼便可以逃之夭夭了。 人们利用电来进行空中通讯，是从电报开始的，至今仅有八十多年的历 史；但鱼用电来进行通讯，却已有千万年的历史了。更可贵的是鱼能在水中 进行通讯，这是一个了不起的本领。虽说人类现代通讯本领已很高超，可以 利用无线电波与地球上任何地方进行通讯，甚至还可以与月亮建立联系，但 如果要与水下15米深的潜水艇进行通讯，则无线电波的发射功率就一定要在 几兆瓦左右，并且潜艇还不能回答信号。随着潜水深度的增加，通讯也会变 得越来越困难。但生活在海洋中的某些鱼类，却具有高超的水中通信本领。 如一条一斤多重的青花鱼，就能用十分微小的功率与百米之外的同伴建立联 系，甚至还能将有关的信号从水中发射到空中去。