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第5章 大自然的杰作——生物钟(1)

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

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