一个摆在我们面前的重大问题是全球变暖,这个问题还内含了许多问题。具有讽刺意味的是,我们对大自然造成的损害——就是这些损害导致了全球变暖——可以通过那些我们所摧毁的来修复。在本质上,我们正在扼杀我们的“老师”。
大自然继续用它赖以生存的多样性策略使我们惊讶。我们从中受益良多,因为我们可以从多样性中借用无数个创意。
比如说,因为全球变暖的影响,有一些地区洪水频发,然而,在别的地方,却有人正经历着痛苦的干旱。
这观察引发了很多问题。大自然是如何适应变化的水平面的?在自然界中,什么东西能生活在洪水以及干旱中?大自然是如何提供保护的?
大自然向我们展示了大量的例子。湿地是我们寻找灵感的首选。因为它的水平面不断波动。事实上,湿地的水深浅不一,水下生长的植物可能不得不忍受一段时间完全无水。
然而它们存活了下来。生存的手段为被称为“表型可塑性”的一种机制,即改变它们形态的能力。它们可以很简单地随着水位变化调整它们的生长速度。
靠近水边的建筑结构,最关键的问题是,建筑物会受到水的压力。但看看水中生长的植物,就会经常发现长长的、窄窄的、相对坚固的枝干,水可以通过其间。我们可以模拟这个办法,让房屋踩上高跷,以避免阻碍水流。
法国建筑师文森特·卡勒使用了与水共生这个概念。他的灵感来自睡莲,并由此设计了一个完全自给自足地漂浮的城市,为难民提供庇护,以应对未来的气候变化。这个被称作“睡莲之城”的项目,其目的是创造一个漂浮在海洋上的零排放的漂浮城市。使用的技术包括太阳能、风能、潮汐能和生物质能。根据他的设想,这个项目不仅能生产出自身的能源,而且还能在大气层中处理二氧化碳,把它消化吸收到二氧化钛的表面结构里去。
每个浮动的睡莲之城设计容纳大约50000人。景观是一个混合的地形,包括一个人工泻湖和三个山脊,为居民创建一个多样的环境。根据设计概念,每个睡莲之城,可以接近海岸或在海水里漂浮,随着湾流从赤道旅行到北极海。
有些昆虫腿部的肌肉可以弯曲关节,但是没有肌肉可以伸展关节。为了伸展腿,它们进化出一种有效的液压机制:当蜘蛛准备好要跳时,几分之一秒内,它就在腿上产生过剩的压力,这样腿就伸展开来容纳更多的液体。这种机制与后文所提到的建筑设计十分相似,它能帮助建筑物适应不断变化的垂直水位。
红树林是另一个在水位变化中和逐渐淡化的海水中生存的绝佳例证。这是一个很重要的问题,因为地球的大部分覆盖面是海水。红树林生存在一个恶劣的环境中,通过蒸腾作用和过滤膜剔除海水中的盐分。
潮水一天两次上涨,掩盖红树林的根。潮水慢慢退去后,这些根才暴露在空气中。此外,水也在不断地变化:涨潮时是咸水,退潮时几乎是淡水。最轻微的漩涡都能将前一天沉积的泥沙移除。在这种高度变化的环境里,红树林仍能生存,它的适应性值得我们学习。
红树林有多种类型。一些类型处理不断的向内流动盐分的方法,是由输液携带盐分远离根部,并把盐分储存在较老的、很快就会脱落的叶子里。其他种类的解决方法是由叶子腺体排出高浓度的盐水。
安全饮用水的需求与日俱增。在全球范围内,十分之四的人饱受缺水之苦。这一数字将随着世界人口的不断增加而攀升,导致严重的健康后果。
许多公司,比如通用电气,正在借鉴这些大自然的例子建设海水淡化站。它们使用膜技术来变海水、微咸水为淡水,以作灌溉和工业用途。通用电气的海水淡化站每天淡化超过20亿加仑的水,相当于超过1.5亿人每天的用水需要。
从自然资源获取水是解决缺水问题的另一个方法。纳米比亚甲虫就很擅长这么做。这种甲虫生活在纳米比亚沙漠,一个地球上最干旱的地区。它能存活下来,靠的是迎风打开壳,用壳来从雾中捕获水分。大西洋的冷空气登陆温暖的非洲海岸,多形成雾。足够多的水凝结成水滴,顺着甲虫背部凸起之间光滑的槽滑下,进入甲虫的嘴巴。
英国建筑设计师马修·帕克模仿了这一设计,为纳米比亚大学的水文中心建造了一个雾收集器。收集器是由一系列拱形的豆荚组成,尾部设有一个尼龙网。豆荚面朝海洋,不断收集雾气入网。当网中的水饱和后,重力就把水引导至排水沟,进入地下储水池。在储水池中,水是凉的,不会蒸发。
这种创新是非常紧缺的。雾收集器被送到每年降雨量只有0.4-0.8英寸的地区。纳米比亚沙漠研究基金会的约·韩舍尔博士指出,雾水是可持续的,它已经存在了数百万年,而且收集它不会对环境造成损害。
和纳米比亚甲壳虫的捕水技能相当的,是澳大利亚带刺红魔蜥蜴,尽管它使用的机制不同。
这种蜥蜴不仅是一种不同寻常的灵感源泉,也是一个你曾见过的最奇怪的生物。它有4到6英寸长,全身覆盖着尖刺和沟槽。它背上有一个长得像头的钮,受到威胁时就会出现。这种蜥蜴的舌头非常粘,移动得也很快,尽管它身体其他部分移动得相当的慢。
它收集水的方式很奇特:它在湿漉漉的陆地上穿梭,使得水从周围物体上落到自己身上。它还用皮肤和腿上微小鳞片之间的渠道来收集朝露和潮湿沙滩里的水。水分受毛细管吸引力上升,后经过渠道输送至蜥蜴的嘴。这么一来,蜥蜴就可以喝到从全身收集而来的水。
前文所述被动收集和分配天然蒸馏水的系统,可以提供清洁用水,减少收集和运输能源消耗。一个简单的崎岖不平的表面,比如带刺红魔的皮肤,就可以教给我们不少关于水资源保存的办法。很显然,我们学得还不够好。
平地,比如停车场和为新住房建设项目而清理出来的空地等等,对环境并不有利。事实上,它们可能会使洪水问题更加严重,因为没有斜坡帮助排掉停滞水流。
在新的住房项目中,我们安装了庞大的地下排水管,用来接收我们只使用过一次的水。如果我们没有净化和重复用水的技术(当然了,我们有),我们仍然可以重复使用大部分水,比如把淋浴或洗澡用过的水来灌溉草坪和花园。
淡水是一种宝贵的商品,不应该浪费。沼泽地排水设计很简单。它是一个表面倾斜的洼地,可以把水流引导到目的位置。同样简单有效的,是捕获屋顶水冲洗厕所、洗涤和灌溉的欧洲模式。这种模式只需要一台紫外线过滤器或类似装置,就能把无污染的屋顶水变成安全的饮用水。
目前为止,我已经给出了多个受大自然启发而生的创新,其中一些可以轻易复制,其他仍然需要时间来破译。它们如同在大宇宙中等待我们发现的尘埃。
在健康和营养领域,一个有趣的例子是某些动物的饮食习惯。请想象一下,如果不需要再担心你应该吃哪些食物来保持苗条和健康,是不是很棒?不用再计算卡路里,或者羡慕地看着你的同事高兴地狂吃布朗尼,而你为了瘦腿,只能啃胡萝卜和芹菜。甚至再也不会有头天晚上大吃一顿后,第二天早上起来时的罪恶感。
好吧,我们知道,哺乳动物、鸟类,甚至虫子,在没有任何干预的情况下,都会避免摄取毒素,并寻求最健康的食物选择。
约翰·霍普金斯大学的科特·P·里希特博士发现,老鼠比老鼠食物制造商还知道怎么挑选食物。里希特把鼠粮分离成蛋白质、油、脂肪、盐和糖,然后放入鼠窝。结果是即使不限量,老鼠选择的营养组合所含的卡路里仍然比正常食物低,它们的成长速度却超过正常喂养的老鼠。也许可以肯定地说,老鼠没有“眼睛比肚子大”的毛病。
在另一项研究中,北卡罗来纳州杜克大学的肯尼斯·格兰德博士测试了狐猴的食物选择。狐猴是一种在马达加斯加岛上发现的灵长类动物。他给狐猴十片从本地树上摘来的,它们从来没见过的香甜树叶,其中五片含有抑制消化的物质。狐猴没被耍弄:它们吃了好的叶子,把坏的吐出来,在营养和消化之间取得了一个平衡。
猴子也有偏好。科学家们发现,这种偏好是由土壤决定的。生长在贫瘠土壤上,叶子生长困难的树,会增加叶子上的毒素来击退吃叶子的动物。在某些情况下,猴子也会被土壤吸引。土壤,一般来说,有许多重要的矿物质和黏土。当猴子生病时,它们会吃泥土。有一种矿石里含有高岭土,即泻痢停里用作中和胃酸的活性成分。
在自然界,还有许多其他的生物自疗的例子。天然药用物质有热带灌木所含的利血平,可用作降压;墨西哥野生山药所含的薯蓣皂苷,可以避孕;紫色毛地黄所含的毛地黄,可以治疗充血性心力衰竭。
如果这一切还不够给你深刻的印象,那就来看看长毛吼猴不可思议的行为吧。长毛吼猴,因其在黎明和黄昏狂吼而得名。雌性吼猴在怀孕时会选择吃特定的食物,进而影响后代的性别。这听起来不太可信,但22年来的不平衡性别比例记录证明这是真的。正常的比例通常为1比1,但杜克大学生物人类学和解刨学系的肯尼斯·格兰德发现一位雌性的四个幼子全部为雄性;另一个有九个幼子,其中八个为雄性。三分之一的雌性有五个幼子,其中四个是雌性。
如此看来,猴子所吃的植物可以改变产道的酸碱环境。电子环境受酸碱性食物影响。一个携带X染色体的精子呈电正性,而精子携带男性Y染色体呈电负性。格兰德和他的同事们推测,吃酸性或碱性食物可以阻止或增强X或Y染色体的电荷。
这么做的目的是什么?从进化的角度而言,生存和繁殖依赖于两性的均衡发展。如果种群中雌性或雄性的比例过低,那么母亲可以通过吃食物来平衡。
这些令人惊叹的例子,既让人兴奋,也让人虚心。我们很受鼓舞,因为这些创新的伟大力量就在我们身边,好像在向我们招手,让我们解开它们的秘密。与此同时,我们还需学习,因为大自然的奇迹完全是自给自足的。
珍妮·本俞斯,美国自然科学作家,《仿生学:自然启发的创新》一书的作者,描述了九个仿生学界通行的原则。它们是:
大自然在阳光下运转;
大自然只用它需要的能源;
大自然的形式与功能一致;
大自然回收一切;
大自然回报合作;
大自然倾向于更丰富的生物种类;
大自然使用土地资源;
大自然从自身减少浪费;
大自然使用有限制的力量。
在发展创新的头脑时遵循这些原则,我们将学着转变我们当前的重点,从支配自然变为融入自然。有这一尊重生命的哲学在手,我们绝对不会失败。
还有另一个富有创造力和创新的世界,我们也可以从中汲取灵感。它是看不见的,但却不代表没有力量。和自然的世界一样,它是不可估量的、巨大的,相对来说,我们探索得还不多。和仿生学不同,它不是什么新鲜事,也不是相对未知的,但它确实是被低估的,探索得也很不够。它,就是人类心灵的丰富世界。这是我们接下来要讨论的。