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但阳光、大气和水；这三者在植物的生长过程中又是怎样起作用的呢？
这就是植物所独有的一种神秘的本领——光合作用。
光合作用；一般来说；是植物利用二氧化碳和水；在阳光的照射下；通过叶绿素吸收太阳的辐射能；把无机物变成碳水化合物的过程。这是奇妙的反应过程；为了探索它的秘密；近年来；人们对它进行了规模巨大的研究活动。1954年；人们将植物叶子中的叶绿素提取出来；并加入含有放射性同位
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素的二氧化碳；再放在阳光下照射；结果有趣地发现；叶绿素能生成放射性碳水化合物；并放出氧气。
叶绿素的这个本领是从哪里来的呢？为了揭开秘密；人们又用显微镜对植物的叶子进行了仔细的观察和分析；结果发现植物叶子中组成叶肉的细胞内存在大量的绿色〃小球〃（即叶绿体或叶绿球）。这些小球由基粒和间质两部分组成；它的外部还具有一层半透性的薄膜。基粒是叶绿体中许多圆碟形的非常微小的颗粒；它埋在同质之中；介质则主要由蛋白质所组成。在含有大量色素的基粒之中；还排列着一层层、一束束有次序的叶绿素分子。当光线照射到这些叶绿素分子时；它们就会利用日光的能量；把水和二氧化碳制成糖；糖就可以合成我们食用的淀粉；经过转变之后；也可以合成脂肪和蛋白质；在这个转化的基础上；也可以进一步合成维生素以及橡胶等重要原料。一般植物的叶绿素；都是呈绿色的；为什么不呈其它的颜色呢？有关的研究表明；原来光敏色素与植物的生活有很大的关系。科学工作者曾用不同波长的光进行试验；结果发现光谱中的红色光对于植物的发芽、生长、开花、结果能产生良好的促进作用；而绿色叶绿素又是吸收红光的能手。由于这个原因；在高等植物中；虽然其种类极其繁多；但都有一个共同的特点；即叶子都是呈绿色的。
在光合作用的过程中；光的影响是很大的。光能通过叶绿体吸收后；能迅速地将能量传给水分子；使水在光的照射下发生分解；在分解过程中不仅放出氧；同时还形成质子和电子。由叶绿素激发出来的电子；它们能像爬山一样；爬到一个高能的水平；然后通过许多传递体回到原来的水平；在电子的流动过程中；进行光合作用的两种最基本的东西也就形成了；电能变成了化学能。
人们发现许多不能食用的植物叶子不仅含有可以食用的蛋白质、脂肪、淀粉、胡罗卜素（人食用之后；在人体内可以转变成多种维生素）和抗血酸等物质。而且这些物质的含量；常常比种籽和块茎还要多；所以人们大胆地设想从叶子中直接提取可供食用的蛋白质等物质。但由于叶子一般含有大量的纤维素；可供食用的物质常常被包在由纤维素所组成的细胞壁里边；人们直接食用这些叶子；一般无法消化和吸收叶子中可供食用的物质；所以；科学工作者提出了一套从叶子中提取可供食用物质的工艺过程：植物的叶子经过压碎、打浆、压榨、加热、过滤和干燥等步骤之后；叶子的细胞壁就会被打破；可供食用的物质就可以从纤维素中分离出来。
据说；利用这种加工方法的一种名叫〃机械牛〃的提炼机器；使用同量的草料；〃机械牛〃所形成的蛋白质；可以十倍于以肉和奶的形式所提供的蛋白质的数量。
一种可以用来制造片状、海绵状或口香糖状的人造肉的工业用挤压植物蛋白设备也已经问世了。虽然机器的产品在广泛性、多样性等方面还存在着一些问题；但它诞生的意义是深远的。因为它不仅要以利用自然界中任何植物的叶子作为原料来大量生产纯粹的蛋白质；为人类的食物提供了一个新方向；而且它们对于人类的生活和工作；也将产生革命性的影响。
为了解决人在宇宙飞行的诸多问题；除了对宇宙飞船提出一系列的要求之外；对于人在漫长的征途中所需要的食物、水、氧气的供应；以及人在生理作用下排出的水汽、二氧化碳等废物的处理方面；还必须采取一定的措施。
目前；人们常采用压缩的或液态的氧气来保证供应宇宙飞行员在呼吸时对氧所需要的数量和压力。对于飞行员在呼吸过程中所产生的二氧化碳；一
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般是利用化学吸收剂——锂、钾、氢氧化合物等物质来进行排除。但这并不是最好的办法；如果人们要到很远的星球上去做客；这种办法肯定会遇到很大的困难。
怎样来解决这个问题呢？人们在经过许多试验后发现；寄生绿藻在得到二氧化碳及适当的光线之后；放出来的氧气常常要比一般植物多。计算表明；2。3公斤的寄生藻在一小时内就可放出足够人在一小时内所需要的氧气量。
如果考虑到寄生藻在光合作用时；还能吸收二氧化碳的话；那人类在远征宇宙中寄生藻的价值就更高了。
光合作用是地球上影响最大、与人类关系最为密切的一种反应过程。它不仅为地球上所有植物的生长提供了条件；而且也是人类和许多动物生存所需物质的唯一来源。
由于大部分陆地为绿色植物所覆盖；即便是海洋；从光合作用的观点来看；也并不是不毛之地；因为在深达20～50米或更深的海水中；往往存在着大量的、只有在显微镜下才能看到的单细胞藻类。这些在一公倾面积内可达3～4吨重的单细胞藻类；和绿色植物一样；在光的作用下；每年也能将大量的二氧化碳中的碳还原而形成有机物质。所以人们根据陆地植物和水生植物的生长数字；曾进行过粗略而保守的估计：假定一年中每公顷陆生植物；由于光合作用而固定1。2吨碳；水生植物由于光合作用而固定3。75吨碳；再加上它们用于呼吸作用的15％的碳；则一年内植物在光合作用过程中；固定碳的总数量可达：陆生植物约200亿吨；水生植物约1550亿吨；两者加起来可达1750亿吨。
据这个总数；就可以推算出地球上的植物；每年在光合作用的过程中；要形成大约4000亿吨左右的有机物质；这个非常巨大的数值；就是地球上规模及影响最大的物质环——碳的循环。
目前；地球大气中氧的含量仅为1。5×1015吨；所以；植物在光的作用下；可以担负起这样的一个重任：用3000年左右的时间；把地球上大气中的氧更换一次。这就是地球上另一个重要的物质循环过程——氧的循环。
光合作用的丰功伟绩还远不只如此；它对其他的物质循环；也能起到很大的推进作用。
光合作用的研究具有重要的意义。从现实的情况来看；植物光合作用；是大气中氧的来源；氧不仅是人和动物的生存所不可缺少的东西；而且也是目前工业中的一种重要的助燃剂。植物的光合作用；为人类提供了无法计算的工业原料。如各种纤维、木材、橡胶、造纸的原料、造酒精的原料等等。
植物的光合作用；也是人类目前所利用的能量的基本来源。因为迄今为止；在国民经济中的各个部门和日常生活中；人们所需能量的95％；都是从过去的或现在的光合作用的产物中取得的。植物的光合作用；也是人类目前所利用的一切食品的根本来源；这些植物的收获物；大约有90～95％是由植物在光合作用的过程中形成的。
奇妙的化学反应
人们曾把草藤栽在绝对纯净的蒸馏水中；除了加入少量的钙盐作为养料之外；植物的生长几乎不与外界发生物质交换；但经过一个多月的时间之后；发现草藤中的磷元素比原来减少了；而钾元素却增加了十分之一左右。
这是什么缘故呢？这种能将一种元素转化为另一种元的奇妙本领；常常
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使近代的科学家们感到惊奇；因为迄今为止；科学工作者只能利用原子反应堆或回旋加速器等复杂的设备；才能使一种元素转化为另一种元素。但植物却不同、它们能在常温常压下；轻而易举地完成这项艰巨的工作。
非凡的化学本领还表现在其他的许多方面；如非生命物质向生命物质转换的过程。绿色植物就是一个天然的有机化学工厂；它们能吸收外界的无机物质；并把无机物质转化为有机物质；制造出各种供人和动物食用的果实、香料和药物；或燃料、染料等。如甘蔗和甜菜里；就含有大量的糖；除此之外；一些植物还具有能合成蛋白质的本领。
机体最基本的功能——新陈代谢；它能不断地产生新的细胞和组织；以取代业已衰老无用的那些东西。在这整个过程中；生物的活细胞就具有合成生命活动所必需的一切有机物质的非凡本领。号称人体化工厂和仓库的肝脏；它不仅是机体内三大营养物质——碳水化合物、蛋白质和脂肪的制造者、而且还具有解毒。生成维生素A、调节水和盐的代谢、贮藏血液等功能。
小小的肝脏具有这样巨大的功能；研究表明；除了它在构造上的复杂性和特殊性之外；在机体内还有一整套非常经济、有效的化学合成本领。
有一个有趣的故事；在某个牧场里；由于年景不佳；牧草大多长得矮小枯黄；但奇怪的是有一块牧草却长得十分茂盛；远远看去；就像沙漠中的绿洲一样。什么原因呢？经过仔细分析；原来这块绿洲的附近；有一个铜矿工厂；许多抄近路走的工人；常常从这里走过；工人皮靴下沾着许多铜矿粉；也就大量地留在这个地方；于是这里就长出了绿茵茵的一片牧草。这个事实清楚地告诉我们；微量元素在生物的生长过程中；能起到〃维生素〃的作用。
研究表明；生物体中仅仅有占两万分之一以下的微量元素；常常与生物体内各种主要酶的活动有极为密切的关系；而各种酶又是机体基本代谢活动的支持者；所以说；如果酶的组成部分发生变化；生物体内的正常活动就会失调；进而会引起各种疾病。
微量元素与人体的构造有密切的关系。
如果某些地区由于水分或土壤中缺少碘；则当地的许多居民就会产生一种〃粗脖子〃病。在过去；人们常把这种现象和霍乱、伤寒、猩红热等疾病联系在一起；当作传染病看待。随着人们对微量元素的逐步认识；这个谜终于揭开了。给病人服用一些食盐并加上几千分之一的碘化钾；就可以很快战胜这种疾病了。
称碘为〃大哥〃的溴；对人体和动物机体中的血液、脑和肾脏的工作；起着很大的作用。如果它的含量减少；则人体和动物的神经系统就会出现故障。钴、锰和铜等元素；也是人体中非常重要的一些微量元素。
食盐中的金属部分——钠；是探索神经记忆奥妙的关键部分。
研究还表明；由于生物体内各种机体具有不同的构造和功能；所以机体中各部分微量元素的含量；也不完全一致。例如在动物的有机体中；锂主要集中在肺里；镍主要集中在胰腺里；铜主要集中在脑子里；钡主要集中在眼睛的视网膜里；锡主要集中在舌头的粘膜里……
血液由于是机体各部分营养物质的来源；所以里面含有三十多种微量元素。因为肝脏是血液的制造者之一；研究测定；肝脏里面含有更多的微量元素；它几乎〃蕴藏〃着门捷列夫周期表中的所有元素。
化学仿生研究前景展望
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生物体是一个大然的、规模巨大的〃化学工厂〃。这个天然的〃化学工厂〃里面存在着无穷无尽的奥妙；等待着我们去发掘和利用；这就是仿生学在化学领域中面临着的一个艰巨任务。但由于任务面广量大；且非常艰巨；所以对于化学仿生；目前研究得比较多的；仅局限在以下几个方面：第一方面；是利用人工的方法；按照天然物质的结构形式；合成许多重要的物质；如生物碱、维生素、激素和抗生素、蛋白质；甚至核酸片段。或者对天然物质的部分结构加以改造；合成更有生物活性的物质；如按照某些蛾类性引诱剂的结构；合成一种可以消灭害虫的农药。
第二个方面是借用个别生化反应的机制；来改进人工合成的技术。如在新陈代谢过程中起重要作用的氢可的松。虽说人工可合成这种物质；已有很多年的历史了；但步骤繁多；可一些微生物活细胞却能轻而易举地完成这项任务。
第三方面是借用整个生物合成的路线来扩大人工合成的物质。如目前得到广泛应用的人工橡胶；可以用来加速食用酵母生长的全合成脱硫生物素；以及能耐受4000℃高温、性能无与伦比的树脂等等。
第四方面是酶的模拟。酶的应用；我国最早；可以追溯到远古的时代。
酶在公元前22世纪的夏禹时代；就已经用于酿酒。约在战国以前；就已经利用淀粉酶水解来制造饴糖。利用酶来控制疾病；在我国也很普遍；如中药里的陈曲；就是一种非常重要的药剂；特别是在治疗胃病时常常用到它。
酶也叫酵素；是构成机体细胞与组织的一种特殊蛋白质；分子量很大；遇到60—70℃的温度时就会失去活性。它也是生物合成中用的蛋白质催化剂。它和化学工业中应用的无机催化剂相比；具有高效专一、条件温和、不促进新的反应、在反应过程中也不会被消耗等等的特点。
诱人的仿生机械学仿生机械学及。研究动向
如果把传统的机械称之为一般机械的话；仿生机械应该是指添加有人类智能的一类机械。在物理和机械机能方面；一般机械要比人类的能力要强许多；但在智能方面却比人类要低劣的多。因此；若把人——机结合起来；就有可能使一般机械进化为仿生机械。从这一角度出发；可以认为仿生机械应该是既具有像生物的运动器官一样精密的条件；又具有优异的智能系统；可以进行巧妙的控制；执行复杂的动作。
仿生机械学是以力学或机械学作为基础的；综合生物学、医学及工程学的一门边缘学科；它既把工程技术应用于医学、生物学；又把医学、生物学的知识应用于工程技术。它包含着对生物现象进行力学研究；对生物的运动、动作进行工程分析；并把这些成果根据社会的要求付之实用化。
从习惯上说；可把仿生机械学的各个研究动向归纳如下：（1）生物材料力学和机械力学。以骨或软组织（肌肉、皮肤等）作为对象；通过模型实验方法；测定其应力、变形特性；求出力的分布规律。还可根据骨骼、肌肉系统力学的研究；对骨和肌肉的相互作用等进行分析。
另外；生物的形态研究也是一大热门。因为生物的形态经过亿万年的变化；往往已形成最佳结构；如人体骨骼系统具有最少材料、最大强度的构造形态；可以通过最优论的观点来学习模拟建造工程结构系统。
（2）生物流体力学。主要涉及生物的循环系统；关于血液动力学等的研究已有很长的历史；但仍有许许多多的问题尚未解决；特别是因为它的研究
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与心血管疾病关系十分密切；已成为一门倍受关注的学科。
（3）生物运动学。生物的运动十分复杂；因为它与骨骼和肌肉的力学现象、感觉反馈及中枢控制牵连在一起。
虽然各种生物的运动或人体各种器官的运动测定与分析都是重要的基础研究；但在仿生机械学中；目前特别重视人体上肢运动及步行姿态的测定与分析；因为人体上肢运动机能非常复杂；而下肢运动分析对动力学研究十分典型。这对康复工程的研究也有很大的帮助。
（4）生物运动能量学。生物的形态是最优的；同样；节约能量消耗量也是生物的基本原理。从运动能量消耗最优性的特点对生物体的运动形态、结构和功能等进行分析、研究；特别是对有关能量的传递与变换的研究；是很有意义的。
（5）康复工程学。包括如动力假肢、电动轮椅、病残者用环境控制系统等。它涉及许多学科和技术；比如对于动力假肢；只有在解决了材料、能源、控制方式、信号反馈与精密机械等各种问题之后才能完成；而且这些装置还要作为一种人——机系统进行评价、试用；走向实用化的道路是非常艰难和曲折的。
（6）机器人的工程学。是把生物学的知识应用于工程领域的典型范例；其目的一是省力；二是在宇宙、海洋、原子能生产、灾害现场等异常环境中帮助和代替人类进行作业。机器人不仅要有移动功能的人造手足；而且还要有感觉反馈功能及人工智能。目前研究热点为人造手、步行机械、三维物体的声音识别等。
生物形态与工程结构
前面我们提到过；经过了亿万年的进化；生物的形态是最优的。形形色色的生物结构中；有许多巧妙最佳利用力学原理的实例；让我们从静力学的角度出发；来观察一下生物形体结构对人类工程设计产生的影响。
自然界有许多高大的树木；其挺直的树干不但支撑着本身的重量。而且还能抵抗大风及强烈的地震。这除了得益于它的粗大树干外；还靠其庞大根系的支持。一些巨大的建筑物便模仿大树的形态来进行设计；把高楼大厦建立在牢固可靠的地基上。
植物的果实担负着延续种族的任务；亿万年的进化使其果实多呈圆形。
圆的外形使它们在较小的空间占用最大的体积来存贮营养；同时使它们对外界的压力如风力等有较大的抵抗力。如花生、核桃等还有着坚硬的外壳；可以保护里面相对娇嫩的果仁。同样地；动物也具有对自然力的适应性；如蛋壳、乌龟壳和贝壳等；都巧妙利用了一定的力学原理。如果你握住一个鸡蛋；即使加力挤压；也很难把它弄破。原来蛋壳的拱形结构与其表面的弹性膜一起构成了预应力结构；在工程上称为薄壳结构。
自然界中巧妙的薄壳结构具有各种不同形状的弯曲表面；不仅外形美观；还能够承受相当大的压力。在建筑工程上；人们已广泛采用这种结�