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