Hver varð fyrri til?
12. kafli
Hver varð fyrri til?
1. Hvað segir líffræðingur um uppfinningamenn?
„MIG grunar,“ segir líffræðingur einn, „að við séum ekki þeir uppfinningamenn sem við höldum; við erum bara að herma eftir.“1 Oftlega eru mennskir uppfinningamenn einungis að líkja eftir því sem jurtir og dýr hafa gert um þúsundir ára. Svo algengt er orðið að nýta vitneskju um starfsemi líffræðikerfa við úrlausn verkfræðilegra viðfangsefna að því hefur á sumum tungumálum verið gefið sérstakt nafn.
2. Hvað segir annar vísindamaður um tækni manna í samanburði við tækni náttúrunnar?
2 Annar vísindamaður segir „lifandi verur hafa verið á undan manninum að notfæra sér tæknina“ á nánast öllum helstu sviðum, „löngu áður en mannshugurinn lærði að skilja og ná tökum á henni.“ Hann bætir við: „Á mörgum sviðum stendur mannleg tækni náttúrunni enn þá langt að baki.“2
3. Hvaða spurningar ætti að hafa í huga þegar skoðuð eru dæmi um eftirlíkingar manna á tækni náttúrunnar?
3 Þegar þú ígrundar hina flóknu hæfileika lifandi vera, sem hugvitsmenn hafa reynt að líkja eftir, virðist þér þá rökrétt að þeir hafi orðið til af tilviljun einni saman, og ekki aðeins einu sinni heldur mörgum sinnum í óskyldum lífverum? Er þar ekki um að ræða snilldarlega hönnun af því tagi sem reynslan kennir okkur að komi einungis úr smiðju snjallra hugvitsmanna? Heldur þú í alvöru að tilviljun ein hafi getað skapað það sem síðar meir þurfti færa uppfinningamenn til að líkja eftir? Hafðu þessar spurningar í huga þegar þú hugleiðir eftirfarandi dæmi:
4. (a) Hvernig kæla termítar bú sín? (b) Hvaða spurningu geta vísindamenn ekki svarað?
4 LOFTKÆLING. Tækninni er víða beitt til að kæla híbýli manna í heitu veðri. En löngu áður en menn fundu upp á því kunnu termítar að kæla vistarverur sínar og kunna enn. Termítar gera sér bú mitt í stórum haugi. Heitt loft stígur frá búinu upp í loftrásanet nálægt yfirborði haugsins. Þar síast staðnað loft út um gljúpa veggina og ferskt, svalt loft seytlar inn og sekkur niður í lofthólf í botni haugsins. Þaðan berst það inn í búið. Sumir haugar eru með op neðantil þar sem ferskt loft streymir inn, og í heitu veðri berst vatn neðan úr jörðinni, gufar upp og kælir þannig loftið. Hvernig samhæfa milljónir blindra vinnumaura krafta sína til að reisa svona snilldarlega gerðar byggingar? Líffræðingurinn Lewis Thomas svarar: „Sú einfalda staðreynd að þeir hafa til að bera eins konar samvinnuvitsmuni er ráðgáta.“3
5-8. Hvað hafa flugvélahönnuðir lært af vængjum fugla?
5 FLUGVÉLAR. Rannsóknir á vængjum fugla hafa um árabil stuðlað að endurbótum á vængjum flugvéla. Sveigja fuglsvængsins gefur honum þann lyftikraft sem þarf til að upphefja áhrif þyngdaraflsins. Sé vængnum hallað of mikið upp á við að framan er hins vegar hætta á ofrisi. Til að forðast ofris hefur fuglinn á frambrún vængjanna raðir fjaðra, eins konar blökur, sem skjótast upp þegar áfallshorn vængsins vex (1, 2). Þessar blökur viðhalda lyftikrafti vængsins með því að hindra að aðalloftstraumurinn slitni frá yfirborði hans.
6 Fuglinn kann fleiri ráð til að draga úr iðustreymi og koma í veg fyrir að vængurinn missi lyftikraft. Til dæmis getur hann rekið fram þumalfjaðrirnar (3) en það er lítill fjaðrabrúskur sem hann getur stungið út í loftið eins og þumalfingri.
7 Við vængenda bæði fugla og flugvéla myndast iðustraumar sem valda dragi. Fuglar draga úr þeim á tvo vegu. Sumir, eins og svölungar og albatrosar, hafa langa, þunna, oddmjóa vængi, og þessi lögun dregur að mestu úr iðustraumum. Aðrir fuglar, svo sem stórvaxnir haukar, fálkar og gammar, hafa breiða vængi sem ættu að öllu jöfnu að mynda mikla iðustrauma, en fuglarnir komast hjá þeim með því að glenna í sundur flugfjaðrirnar á vængendunum eins og fingur. Snubbóttum vængenda er þannig breytt í nokkra mjóa vængenda sem draga úr iðustraumum og vængendadragi (4).
8 Flugvélahönnuðir hafa líkt eftir mörgu af þessu. Sveigja vængjanna gefur þeim lyftikraft. Ýmis vængbörð og blökur eru notaðar til að brjóta iðustrauma, eða þá sem lofthemlar. Á ýmsum litlum flugvélum er dregið úr vængendadragi með sléttum plötum hornrétt á yfirborð vængsins. Þó vantar mikið á að flugvélavængir séu slík verkfræðiundur sem vængir fuglanna.
9. Hvaða dýr og jurtir notuðu frostlög á undan manninum og hversu áhrifaríkur er hann?
9 FROSTLÖGUR. Menn nota etýlenglýkól sem frostlög á kælikerfi bifreiða. En ýmsar smásæjar plöntur nota glýseról, sem er líkt efni, til að komast hjá því að frjósa í vötnum Suðurskautslandsins. Það er líka að finna í skordýrum sem lifa af 20 stiga frost. Sumir fiskar mynda sinn eigin frostlög og geta þannig lifað í hinum helkalda sjó umhverfis suðurskautið. Sum tré þola um 40 stiga frost því að vatnið í þeim er „afarhreint og laust við óhreinindi eða agnir sem ískristallar geta myndast um.“4
10. Hvernig köfunarbúnað nota sumar vatnabjöllur?
10 KÖFUNARTÆKNI. Menn festa loftkúta á bak sér til að geta verið í kafi í allt að eina klukkustund. Ýmsar vatnabjöllur nota einfaldari aðferð og geta verið lengur í kafi. Þær grípa einfaldlega með sér loftbólu um leið og þær kafa. Loftbólan virkar eins og lunga. Hún tekur við koldíoxíði frá bjöllunni og leysir það upp í vatninu, og dregur til sín uppleyst súrefni úr vatninu til nota fyrir bjölluna.
11. Hversu útbreiddar eru lífklukkur í náttúrunni? Nefndu nokkur dæmi.
11 KLUKKUR. Löngu áður en menn fundu upp sólúr voru til klukkur í lifandi verum sem töldu tímann nákvæmlega. Þegar fellur út koma smásæjar plöntur, kísilþörungar, upp á yfirborð hins blauta fjörusands. Þegar fellur að hverfa kísilþörungarnir aftur niður í sandinn. Á rannsóknarstofu, þar sem hvorki gætir flóðs né fjöru, tifar klukkan þeirra áfram, þannig að þeir koma upp úr sandi og hverfa niður í hann aftur í takt við sjávarföllin. Veifukrabbi verður dekkri á lit og kemur fram í dagsljósið þegar útfall er, en liturinn fölnar aftur og krabbinn hverfur í holu sína þegar fellur að. Á rannsóknarstofu, fjarri sjó, heldur hann enn takti við sjávarföllin og skiptir litum eftir því hvort er flóð eða fjara. Fuglar geta ratað eftir sólu og stjörnum sem hreyfast í takt við tímann. Þeir hljóta að hafa innbyggðar klukkur til að geta tekið þessar hreyfingar himintungla með í reikninginn. (Jeremía 8:7) Innbyggðar klukkur tifa hjá ótal lífverum, allt frá smásæjum plöntum til manna.
12. Hvenær fóru menn að nota grófa áttavita en hvernig voru áttavitar notaðir löngu áður?
12 ÁTTAVITAR. Á 13. öld fóru menn að nota segulnál fljótandi í vatnsskál sem frumstæðan áttavita. Áttavitinn var þó engin nýjung. Sumar bakteríur hafa þræði úr seguljárnsteinskornum af hæfilegri lengd til að virka sem áttaviti. Eftir honum geta þær stýrt í það umhverfi sem þær kjósa sér. Seguljárnsteinn hefur fundist í mörgum öðrum lífverum — fuglum, býflugum, fiðrildum, höfrungum, lindýrum og fleirum. Tilraunir benda til að bréfdúfur geti ratað heim með því að skynja segulsvið jarðar. Nú er almennt viðurkennt að farfuglar rati rétta leið með hjálp seguláttavita í höfði sér.
13. (a) Hvernig getur leiruviður vaxið í sjó? (b) Hvaða dýr geta drukkið sjó og hvernig geta þau nýtt sér hann?
13 AFSELTING. Menn reisa stórar verksmiðjur til að afselta sjó. Leiruviður sýgur sjó með rótum sínum en síar hann í gegnum himnur sem skilja saltið út. Ein tegund leiruviðar, Avicennia, hefur kirtla á laufblöðunum neðanverðum til að skilja út salt sem ofaukið er. Sjófuglar, svo sem mávar, pelíkanar, skarfar, albatrosar og sæsvölur, drekka sjó en hafa kirtla í höfðinu sem skilja út umframsalt úr blóðinu. Mörgæsir, sæskjaldbökur og sæeðlur drekka líka sjó og losa sig síðan við umframsalt.
14. Nefndu nokkur dæmi um skepnur sem framleiða rafmagn.
14 RAFMAGN. Um 500 afbrigði raffiska hafa rafhlöður. Afríski hrökkgraninn getur myndað 350 volta spennu. Hin risavaxna hrökkviskata í Norður-Atlantshafi gefur frá sér 60 volta rafhögg með 50 ampera straum. Rafhögg suður-ameríska hrökkálsins hafa mælst allt upp í 886 volt. „Vitað er um fisktegundir af ellefu ólíkum fiskaættum með raffæri,“ segir efnafræðingur.5
15. Nefndu dæmi um garðyrkju og búskap hjá dýrum.
15 LANDBÚNAÐUR. Um aldaraðir hafa menn yrkt jörðina og haldið búpening. En skæramaurar voru byrjaðir að stunda garðyrkju löngu á undan þeim. Til matar ræktuðu þeir sveppi í blöndu af rotnandi laufi og eigin saur. Sumir maurar halda blaðlýs sem búpening, mjólka úr þeim sæta hunangsdögg og reisa jafnvel fjós yfir þær. Uppskerumaurar geyma korn í kornhlöðum neðanjarðar. (Orðskviðirnir 6:6-8) Bjalla grisjar mímósatré. Múshérar og múrmeldýr heyja — slá gras, verka og geyma.
16. (a) Hvernig klekja sæskjaldbökur, ýmsir fuglar og krókódílar út eggjum sínum? (b) Hvað leggur hrúkuhaninn á sig til að unga út eggjum hænunnar?
16 ÚTUNGUNARVÉLAR. Maðurinn smíðar útungunarvélar til að klekja út eggjum, en á því sviði er hann nýgræðingur. Sæskjaldbökur og sumir fuglar verpa eggjum sínum í heitan sand til að klekja þeim út. Til eru fuglar sem verpa eggjum í heita eldfjallaösku til klaks. Krókódílar hylja stundum egg sín rotnandi jurtaleifum sem gefa frá sér hita. En í þessu efni er hrúkuhænan í Ástralíu mestur snillingur. Haninn grefur stóra holu, fyllir hana jurtaleifum og hylur sandi. Við gerjun í jurtaleifunum hitnar haugurinn, hænan verpir í hann einu eggi á viku í allt að sex mánuði og karlinn er sífellt að stinga nefinu í hauginn til að fylgjast með hitanum. Með því ýmist að róta sandi af haugnum eða á heldur hann hitastiginu í „útungunarvélinni“ sinni við 33 gráður, óháð því hvort úti fyrir er frost eða steikjandi hiti.
17. Hvaða aðferð nota kolkrabbi og smokkfiskur til að komast áfram, og hvaða önnur óskyld dýr nota sömu aðferð?
17 ÞRÝSTIKNÚNINGUR. Takir þú þér far með flugvél er hún sennilega knúin þotuhreyfli. Mörg dýr nota líka eins konar spýtihreyfil til að komast leiðar sinnar og hafa gert svo um þúsundir ára. Bæði áttarma kolkrabbinn og smokkfiskurinn skara þar fram úr. Þeir skjóta sér áfram með því að sjúga vatn inn í sérstakt hólf og þrýsta því svo út með sterkum vöðvum. Fleiri dýr nota þrýstiknúning: Perlusnekkjan, hörpudiskurinn, marglyttan, drekaflugulirfan og jafnvel sum sjávarsvifdýr.
18. Nefndu dæmi um jurtir og dýr sem hafa ljósgjafa. Í hverju skara ljósgjafar þeirra fram úr þeim sem maðurinn hefur gert?
18 LÝSING. Thomas Edison er eignaður heiðurinn af uppfinningu ljósaperunnar. Ekki er hún þó sérlega orkunýtin því að umtalsverð orka tapast í mynd varma. Eldflugurnar gera snöggt um betur þegar þær kveikja og slökkva á sínum perum. Þær gefa frá sér kalt ljós og engin orka fer til spillis. Mörg svampdýr, sveppir, bakteríur og skordýralirfur gefa frá sér skært ljós. Ein þeirra, bjöllulirfa af ættkvíslinni Phrixothrix, nefnd járnbrautarormurinn, er einna líkust smágerðri járnbrautarlest með rauðu „aðalljósi“ og ellefu hvítum eða fölgrænum „gluggum“ á hvorri hlið. Fjölmargir fiskar hafa ljósfæri: skötuselur, silfurfiskur, laxsíld og gulldepla, svo nokkrir séu nefndir. Örverur í sjávarbriminu kveikja ljós og tindra í milljónatali.
19. Hvaða dýr kunnu til pappírsgerðar löngu á undan manninum og hvernig fer eitt þeirra að því að einangra heimili sitt?
19 PAPPÍR. Egyptar kunnu pappírsgerð fyrir þúsundum ára en voru þó langt á eftir ýmsum vespum eða geitungum. Þessir vængjuðu verkamenn tyggja veðraðan trjávið og búa til gráan pappír sem þeir gera bú sín úr. Sumar tegundir gera sér stór, egglaga bú sem þær hengja í trjágrein. Yst eru mörg lög af sterkum pappír með lokuðum lofthólfum í milli. Það gefur búinu jafngóða einangrun gegn hita og kulda eins og 40 cm þykkur tigulsteinsveggur.
20. Nefndu dæmi um hvernig ein tegund baktería færir sig úr stað og lýstu viðbrögðum vísindamanna við því.
20 SNÚNINGSVÉL. Örsmáar bakteríur voru búnar snúningsvél þúsundum ára áður en maðurinn fann hana upp. Ein baktería hefur þræði sem eru snúnir saman í stífan, gormlaga vöndul líkan tappatogara. Hún knýr sig áfram með því að snúa þessum tappatogara eins og skipsskrúfu. Hún getur meira að segja látið vélina ganga aftur á bak! Ekki er að fullu ljóst hvernig þessi vél vinnur. Í skýrslu einni er því haldið fram að bakterían geti náð rúmlega 50 kílómetra hraða miðað við klukkustund, og þar segir að „náttúran hafi í reynd fundið upp hjólið.“6 Vísindamaður segir: „Eitthvað það stórfurðulegasta sem menn gátu ímyndað sér innan líffræðinnar hefur ræst: Náttúran hefur búið til snúningsvél ásamt tengsli, snúningsöxli, legum og yfirfærslu snúningsátaks.“7
21. Hvernig nota ýmis algerlega óskyld dýr ómsjá?
21 ÓMSJÁ. Ómsjá (sónar) leðurblaka og höfrunga er mun betri en eftirlíking mannsins. Leðurblökur geta flogið um í myrkvuðu herbergi, þar sem grannur vír hefur verið strengdur fram og aftur, án þess að snerta hann nokkurn tíma. Hátíðnihljóðmerki þeirra endurkastast af hlutum sem eru framundan; leðurblökurnar nema endurkastið og nota bergmálsmiðun til að forðast þá. Hnísur og hvalir gera slíkt hið sama í sjó. Olíufuglar í Suður-Ameríku gefa frá sér hvella smelli og nota bergmálsmiðun þegar þeir fljúga inn og út úr dimmum hellum þar sem þeir eiga sér ból.
22. Nefndu dæmi um hvernig nokkur ólík og óskyld dýr beita svipaðri tækni og notuð er í kafbátum.
22 KAFBÁTAR. Margs kyns kafbátar voru til í náttúrunni áður en maðurinn fann þá upp. Smásæir geislungar hafa örlitla olíudropa í fryminu sem þeir nota til að stjórna eðlisþyngd sinni og færa sig ofar eða neðar í sjónum. Fiskar breyta flothæfni sinni með því að auka eða minnka loftmagnið í sundmögum sínum. Perlusnekkjan er með hólfaða skel. Hólfin notar hún eins og flottanka og stjórnar dýpi sínu í sjónum með því að breyta hlutfalli lofts og vatns í þeim. Tíarma smokkfiskur hefur innri skel sem er kalkrunnin og full af holrúmum. Hann eykur flothæfni sína með því að dæla vatni út úr þessari beinagrind og láta holrúmin, sem tæmd eru, fyllast lofti í staðinn. Þessi holrúm virka þar af leiðandi alveg eins og vatnstankar í kafbáti.
23. Hvaða dýr hafa skynfæri sem nema hitabreytingar og hversu næm eru þau?
23 HITAMÆLAR. Allt frá 17. öld hafa menn kunnað að gera sér hitamæla, þótt grófir séu miðað við þá sem finnast í náttúrunni. Fálmarar moskítóflugunnar geta numið hitabreytingu sem nemur 1/500 úr gráðu. Skröltormur er með holur báðum megin á höfðinu þar sem eru næm skynfæri er geta numið hitabreytingu sem svarar til 1/1000 úr gráðu. Kyrkislanga er 35 millisekúndur að bregðast við hitabreytingu sem nemur broti úr gráðu. Hrúkuhæna og tallegallahænsn í Ástralíu og á Nýja-Sjálandi geta með nefinu mælt hitastig með hálfrar gráðu nákvæmni.
24. Hvaða orð minna þessi dæmi okkur á?
24 Öll þessi dæmi um eftirlíkingar manna á tækni náttúrunnar minna á uppástungu Biblíunnar: „Spyr þú skepnurnar, og þær munu kenna þér, fugla loftsins, og þeir munu fræða þig, eða villidýrin, og þau munu kenna þér, og fiskar hafsins munu kunngjöra þér.“ — Jobsbók 12:7, 8.
[Spurningar]
[Rammi á blaðsíðu 152]
Svo algengt er að líkt sé eftir starfsemi líffræðikerfa við úrlausn verkfræðilegra viðfangsefna að því er stundum gefið sérstakt nafn.
[Skyringarmynd á blaðsíðu 153]
(Sjá uppraðaðan texta í bókinni)
Búið er kælt með uppgufun
Loftúttak
Loftinntak
Jarðvatn
[Skyringarmynd á blaðsíðu 154]]
(Sjá uppraðaðan texta í bókinni)
1 2 3 4
1 2 3
[Mynd á blaðsíðu 155]
Loftbóla
[Mynd á blaðsíðu 159]
Þverskurðarmynd af perlusnekkju
