壁虎腳底的高科技

發稿時間:2013/04/20
壁虎腳底的高科技
壁虎腳底的高科技
作者|彼得‧佛布茲
譯者|張雨青
出版社|遠流
出版日期|2013/04/01

  太陽底下有沒有新鮮事?在「仿生學」出現後,科學家們發現,原來太陽底下、大自然中還有許許多多我們不知道卻一直存在的新鮮事。現在奈米科學家向大自然取經,發揮創意,應用來改善人類技術。這本書完整呈現仿生科技發展的狀況與影響,帶來許多科學新觀念與跨領域的知識。

文章節錄

太陽底下有新鮮事

揭露原子世界,我將鄙視

哥倫布和他的大發現

——雷伊(Richard Leigh, 1649-1728,英國詩人),

    〈渺小中的偉大〉(Greatness in Little)

  「自然」實屬絕妙好詞之一。順其自然、順應潮流、覺得自身與地球孕育生命的法則和諧共處(根據最適當的臆測,這個法則行之已超過三十五億年)——這些嚮往都很自然(這個詞又來了)。不過,每當想到我們仰賴科技的生活方式,就覺得很「不自然」:我們一切作為似乎都強迫大自然做她原本不做的事。恐怕我們人類這種生物是一群惡棍,是第一個打破自然界限的物種。

  姑且不論這些心理感受能不能反映我們的現實處境,但無庸置疑的是,人類科技與大自然的手法大不相同。飛機的飛行方式與鳥類或昆蟲不一樣;人類的移動速度雖然勝過印度豹,不過單比肌力卻還是慢得多。

  許多科學家現在相信,我們有可能縮小人類科技與大自然之間的鴻溝。「仿生學」(bio-inspiration)便是這樣一門新科學,設法運用自然法則,創造出自然演化未曾造就的事物。要做到這點,就必須從全新的層次去了解大自然——那是一方微小疆域,遠非我們視覺所能及,就連最精良的光學顯微鏡也觀察不到。

歡迎來到奈米國度!

  綜觀整個人類史,人類一直都懷抱著偏見,或許我們原本就被設定成這樣的生物。即便如此,我們已經學著將狹隘的沙文主義一一摒棄,學著包容更寬廣的視野,以此看待我們在萬物體系所處的地位。不過還是有盲點:人類是具有特定尺寸的生物(成年人的身高多為一百五十到一百八十公分),對於比自己大得多或小得多的事物總忍不住認為,那與我們經歷過的事物相差甚遠。很顯然,我們骨子裡有著無可救藥的「尺寸」情結。

  從十七世紀起,世人多半已可接受地球只是太陽的一顆行星,但仍有人認為,這讓我們人類顏面掃地。隨後人們又意識到宇宙的浩瀚無垠、恆星的不可勝數(還可能有無數的行星),甚至太陽只是其中微不足道的小星星,這些又讓人更受傷。事實是,最接近我們的事物才是最要緊的事物。一旦感冒臥病在床,我們的眼界會縮回到自己的軀殼內;身強體健的時候,則可在自身的尺度優游自得。宇宙則自行運轉如常。

  本書探討的多半是些小東西,不是龐然大物,但它們看起來往往比宇宙深處的黑洞與超新星還遙不可及。跳蚤和蚊蚋這類微小生物擁有神經系統、有腦、有心臟,還有生命所需的一切器官,麻雀雖小五臟俱全,我們發現這種現象相當難以理解。事實上,生命源起的方法遠小於人類的視界門檻,而生命所仰賴的錯綜複雜道具,像是DNA、蛋白質及其他數不清的分子,甚至還要更小。

  人類自有歷史以來,用簡單的材料製造出符合我們自身尺度所需的器械,尤以鐵、銅、鋅、錫之類的金屬為主。這些金屬都是化學元素,而它們基本上是由同一種材料構成,數十億個原子堆積在一起,有如撞球框中的撞球,接著再疊上另一層,依此類推、無止無境。至於由生物而來的物質,例如木材或棉質,結構就比金屬複雜得多,而且其分子結構要到二十世紀才為人所知。不過,生物物質呈現的樣子已經大致可用,因此儘管我們對其結構毫無所悉,還是能使用這些材料。

  雖然顯微鏡和望遠鏡皆發明於十七世紀,但望遠鏡的影響較大。望遠鏡總是瞄準某個重大的新領域,像是更大的船、更大的工廠、更雄壯威武的軍隊等,也因此,當著名物理學家費曼(Richard Feynman, 1918-1988)於一九五九年在美國物理學會演講、以他特有的誇張口吻喊出「下面的空間還大得很呢!」時,才會那麼驚天動地。他用這句話表達了一個概念:即使我們在人類尺度的世界裡失去個人的容身之處,還是有一塊異常遼闊的處女地可以神遊其中,那是遠小於我們視覺極限的領域,即奈米王國,其中的物件大小都介於十億分之一至百萬分之一公尺。費曼提到,這個國度有充分的空間可以做許多趣味十足的事,而生命也早已身體力行這些事了,只要我們能深入了解究竟發生了什麼事:

  事實是……一個極小的空間能夠裝載極大量的資訊……當然,生物學家早就熟知這個事實……這所有資訊……包括我們是否有褐色眼睛、我們到底能不能思考,或者胚胎的下顎骨剛生成時,側邊是否會出現一個小洞,以便往後可供一條神經穿過去……這所有資訊全都包含在細胞內一個非常微小的部分裡,也就是包含在長鏈DNA分子的形式內,細胞裡每一個位元的訊息大約用五十個原子來代表。

  要解答許多基本的生物問題實在很簡單:直接用你的眼睛去觀察!你會觀察到長鏈內鹼基的排列順序;你會觀察到微粒體的構造。遺憾的是,目前顯微鏡能夠觀察的尺度稍嫌粗略了點。只要能使顯微鏡的倍率提高一百倍,則目前生物學方面的很多難題就會變得比較簡單。

  當時許多人一定覺得,這太不切實際了。費曼還發出豪語,一根針的針頭可以容納一整部《大英百科全書》。但現在我們相信這會成真了,因為即使還未能把百科全書縮成針頭,目前的電子式磁碟儲存系統也相去不遠,然而微電子革命只是我們前進微縮空間的第一步。費曼當時則寄望生物學來證實他的論點,因為他很清楚,大自然便是在微小尺度裡完成她最複雜的作品。但費曼也明白,大多數的細部結構只能看得到而碰不著。

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