一般報導

40 ｜科學發展　2011年12月，468期

以海洋生物為師

海洋是生命的搖籃，在廣闊無垠的大海中，孕育了無數的生物。其中，更有許多

海洋生物在人類出現之前，就已生活在遠古的海洋裡，牠們歷經億萬年的精雕和細琢，

早已錘煉出足以適應海洋生活的奇妙技能和生存本領。然而，最讓人們感到好奇和疑惑

的是：這些形形色色的海洋生物究竟有著什麼樣的奇特本領？牠們的種種奇特本領給人

類帶來哪些啟發？從模仿這些本領，又可以創造出什麼樣的機具和物品？從下面的範例

中，或許可以得到部分的答案。

藍鯨與鯨形船

藍鯨是世界上現存最大的動物，身長約30公尺，體重達100公噸以上，相當於30隻非洲大象。藍鯨正常游動的速度是每小時5∼7公里，這樣的速度並不算快，效率卻十分驚人。因為上百公噸重的藍鯨，按照牠的游動速度需要330瓩的動力，但實際上藍鯨只用了44瓩。

不僅如此，藍鯨還有其他的本領，諸如：能從靜止狀態立即達到全速游動，又能

在全速游動中瞬間「剎車」停住；既能迅速下潛，也能快速上浮。藍鯨的這些本領，全

歸功於牠擁有一個碩大的頭部和急速收縮的尾部，因此整個身體就像一顆拉長的「水

滴」。這種體形大大降低了水的阻力，使藍鯨能在大海中從容游動。

現代的船艦設計師從藍鯨的體形得到啟發，設計了多種近似水滴的「鯨形船」（指

在水面以下部分像鯨），因而大幅提升了客輪、貨輪、潛艇等大型船艦的航行速度。根

據研究，水滴形的現代化潛艇受到水的阻力比雪茄形的傳統潛艇少，幅度大約是20∼30％。此外，有的超級油輪也因模仿藍鯨的體形而加快了航行的速度。

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■ 許育彰

豐富多樣的海洋生物不僅為人類帶來充足的食物，

還是人類的良師益友，

可以提供許多值得學習和借鑒的地方。

科學發展　2011年12月，468期｜ 41

海豚與人造海豚皮

海豚是游泳健將，時速可達

40∼48公里，輕而易舉地超過現代潛艇的航行速度。研究發現，海豚

游得快的主要原因不僅在於牠的流

線形體形，更重要的是當海豚快

速游動時，牠的皮膚會產生「自

適應表面」（compliant wall），而降低湍流或紊流的發生。

科學家在進一步的解剖中發

現，海豚的皮膚共分成3層。最外層的表皮上有薄而光滑的角質

膜；中間層是真皮，像海綿一樣，

長有許多凸起，中空的凸起間充滿

著液體；最裡層則由交錯的膠質和

彈性纖維組成，中間充滿了脂肪細

胞。海豚這種特殊的皮膚結構，能

大量吸收和消除阻礙前進的紊流，

使水流從它的皮膚表面順利通過，

因而能游得很快。

科學家模仿海豚的皮膚，用

富有彈性的有機材料製成一種多

層的柔性表皮—人造海豚皮。當

船艦或潛艇在外殼上包敷一層人

造海豚皮之後，航行時受到的紊

流阻力可以減少一半，航行速度

因而可以提高一倍。

現代的船艦設計師從藍鯨的體形得到啟發，設計了多種近似水滴的「鯨形船」，因而大幅提升了大型船艦的航行速度。

● 藍鯨與鯨形船（圖片來源：張雅鈴）

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42 ｜科學發展　2011年12月，468期

水母與風暴預測儀

水母是一種古老的腔腸動

物，早在5億年前就已漂浮在海洋裡了。水母具有預測風暴的本

領，在風暴來襲之前，便能提前

截獲遠處傳來的次聲波（頻率約

為每秒8∼13次），而預先逃到安全的地方避開風暴。

這種由風暴和波浪摩擦

所產生的次聲波，一般人的耳

朵無法聽到，水母對它卻非常

敏感。原來，在水母耳朵的共

振腔內長著一個小球，球內有

塊小小的聽石，當風暴抵達之

前所產生的次聲波衝擊到聽石

時，聽石就會刺激球壁上的神

經感受器，於是水母就會預先

聽到正在來襲的風暴聲。

科學家仿照水母耳朵的結

構和功能，設計了「水母耳風

暴預測儀」，並把這種儀器安

裝在船艦上。一旦風暴預測儀

接收到次聲波時，瞬間就可令

360°旋轉的喇叭停止轉動，這時，靜止喇叭所指方向就是風

暴前進的方向，而預測儀上的

讀數就是風暴的強度。水母耳

風暴預測儀能提前15小時對風暴做出預報，這對航海和漁業

的安全都有重要意義。

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當船艦或潛艇在外殼上包敷一層人造海豚皮之後，航行時受到的紊流阻力可以減少一半。

● 海豚的皮膚結構（圖片來源：張雅鈴）

真皮 真皮表皮

表皮

科學發展　2011年12月，468期｜ 43

鱟與側抑制作用

鱟（horseshoe crab）是一種老資格的節肢動物，早在4億年前，當地球還未出現魚類和恐龍

時，牠就已經生活在海洋中了。

鱟在漫長的演化歷程中，樣子似

乎沒有任何改變，因而有「活化

石」的稱號。

鱟有4隻眼睛，其中位在頭部兩側的複眼（內含近1,000隻小眼）對其視覺較具影響力。科學

家在進一步的研究中發現，鱟的

複眼受光束照射之後，相鄰的小

眼彼此會抑制對方的受光量（指

小於單獨一隻小眼的受光量），

這就是所謂的「側抑制作用」。

這種側抑制作用會促使鱟略去景

物的細節部分而突出其邊框，因

而能大大增加景物的清晰度，讓

鱟更能看清楚外界的景物。

科學家仿效鱟複眼的側抑

制作用，研製出「鱟眼電子模

型」，並利用它來處理模糊的X光照片、航空攝影照片、水下攝

影照片等，使照片上能有更清晰

的影像。此外，科學家也曾利用

這種電子模型，大幅提升了電視

機的畫質和雷達系統的靈敏度。

電鰩與伏特電池

電鰩是棲居在海底的一種

「電魚」（能產生電的魚），牠

的頭部和胸部連在一起，尾部呈

粗棒狀，外形很像一把團扇，最

大個體可以達到2公尺左右。電鰩在頭胸部的腹面兩側

各有一個腎臟形的發電器官，裡

面布滿蜂巢狀的六角柱體—電板

柱。成熟的電鰩身上約有2,000個電板柱，每個電板柱有1,000塊「電板」，且每個電板的表面

分布有神經末梢，一面是負電

極，另一面是正電極，兩者之間

充滿膠質狀的物質，可以起絕緣

作用，從而形成一個「迷你的電

池」。

電鰩單個電板（迷你電池）

所產生的電壓非常微弱，可是由

科學家仿效鱟複眼的側抑制作用，研製出「鱟眼電子模型」，並利用它來處理模糊的X光照片、航空攝影照片等，以獲得更清晰的影像。

● 利用鱟複眼的側抑制作用原理，可以用來處理模糊的X光照片。（圖片來源：張雅鈴）

● 水母耳預測風暴的機制（圖片來源：張雅鈴）

共振腔

共振器 指示器

電壓變換及放大器

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44 ｜科學發展　2011年12月，468期

於數量很多（約200萬個），串聯起來就能發出很強的電壓。

電鰩這種非凡的放電本領，曾

經引起19世紀義大利物理學家伏特（Alessandro Volta, 1745-1827）極大的興趣。他以電鰩的發電器官為模型，設計出世

界上最早的電池—伏特堆。由

於這種電池就是根據電鰩的天

然發電器官設計的，因此伏特

最初就把它取名為「人造發電

器官」。如今，伏特所發明的

人造發電器官已普遍應用在一

般電器用品上，成了現代生活

不可或缺的用品。

箱魨與箱魨車

箱魨（boxfish）分布於印度洋、太平洋西部的熱帶珊瑚

礁海域，體長約10∼15公分，全身金黃色，體表密布黑色圓

點。牠的眼睛位於頭部頂端，

背鰭後移到尾柄並與臀鰭上下

對稱，全身被一個堅硬的骨板

外殼包裹，只有嘴部和尾柄露

出殼外，模樣非常可愛。

科學家發現箱魨的六角形

流線骨架，由於質輕、堅固且

彈性大，因而讓原本看似笨重

的「盒子身體」能以極低耗能

的超高效率，輕盈而快速地在

水中游動。

● 電鰩和牠的發電器官（圖片來源：張雅鈴）

● 伏特發明電池構想的來源（圖片來源：張雅鈴）

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科學發展　2011年12月，468期｜ 45

近年來，歐洲有兩家著名的

汽車製造商認為，箱魨的奇特體

形和特殊結構是車體輕造科技模

仿的最佳典範，因而合作研發出

嶄新款式的概念車—箱魨車。根

據他們的研究推算，未來箱魨車

的燃油經濟性會比普通汽車高出

30％左右，是一部前景極度看好的環保車種。

海洋，廣闊、深邃、富饒、

美麗。豐富多樣的海洋生物不僅

為人類帶來充足的食物（例如

魚、蝦、貝、蟹等），還是人類

的良師益友，可以提供許多學習

和借鑒的地方。在這啟迪下，科

學家正帶著定向、導航、資訊處

理、能量轉換、結構力學、流體

力學等諸多科學難題，到海洋中

去尋找啟示和答案。以海洋豐富

且多元的生物物種，應該足以滿

足科學家的探索和需求。

● 箱魨和箱魨車（圖片來源：張雅鈴）

許育彰臺灣海洋大學教育研究所

深度閱讀資料

于永源、吳凱（1982），奇妙的生物設計師—海洋仿生學趣談，海

洋出版社，北京。

蔣寶瑚、畢東海（1997），新科學十萬個為什麼，生物．仿生卷，

浙江科學技術出版社，浙江。

馬廷．策爾西（2009），什麼是什麼：神奇的仿生學（徐小清

譯），湖北教育出版社，湖北。