2019年07月12日 星期五
小贝壳 大世界
□ 李宗剑

科普讲解

    说到贝壳我们都不陌生,陆地上的蜗牛、湖泊里的河蚌、沙滩上的海螺,这些都是我们常见到的贝类家族中的一员,其实贝类家族多达十余万种,所在的软体动物门是动物界的第二大门类。

    古生物学家发现贝类出现在地球上有 5亿年之久,4亿年前,其家族就多达2600种左右。神奇的是,古老的鹦鹉螺家族却繁衍至今。为什么鹦鹉螺能够跨越数亿年生生不息呢?让我们打开它们的外壳一探究竟吧,螺壳里面有很多个小隔间。原来,鹦鹉螺利用房间进行储水,当水灌满房间时它们会下沉至700米,反之就会上浮。这种沉浮的原理可以让它们畅游海洋、逃避天敌。这跟人类发明的潜水艇原理十分相似,世界上第一艘核潜艇也因此取名为“鹦鹉螺号”。

    生物学家研究发现,这些小隔间不仅是鹦鹉螺的储水箱还是它们生长的“年轮”。不一样的是,每一个隔间不是一年长成的,而是一个月,准确地说,每一个隔间代表一个朔望月(月球围绕地球公转的周期,约29.5天)。如果大家仔细观察螺壳的剖面,鹦鹉螺还有奇妙的螺旋线,经测量发现,这个螺旋线居然和人类发明的黄金螺旋线(斐波那契螺旋)非常接近。我带来了两只海螺,一只是像螺旋楼梯的旋梯螺,另一只是像车轮的车轮螺,它们不同种类却可以紧紧地螺旋在一起,还能像陀螺一样转动。经测量发现,这些螺旋线都接近于数学里的对数螺线,2300年前古希腊数学家阿基米德就发现了这个现象,而黄金螺线也是对数螺线的一种。

    贝壳的主要成分90%是碳酸钙。我给大家带来了一只扇贝,用手电筒照射的话,贝壳可以透光,如果和石头的碳酸钙相比您觉得谁更结实呢?我手里的这只扇贝约4毫米厚,我还给大家准备了4块叠加在一起的约4厘米厚的瓷砖,如果它们撞击在一起会有什么结果呢?大家请看,是不是小贝壳轻松地击碎了瓷砖。这是什么原因呢?当把贝壳的细微结构放大到30微米左右的时候,我们发现贝壳里面碳酸钙结构的排列是一种像建筑砖墙的有序结构,科学家把这种结构叫做矿物桥。美国麻省理工学院的科学家证实,相同厚度的贝壳与人造碳酸钙相比,可以达到后者抗压力的500倍以上,如果把这种结构应用到其他新材料的工艺制作中,可以大大提高新材料的韧性和抗压力。

    小时候,大人告诉我们海螺里能听到大海的声音,这是一个善意的谎言,我们听到的是自己耳朵里血液以及空气震动的声音。我们用海螺做了一只扩音器给大家演示一下,音乐通过大法螺会变得更加响亮、更加立体。声音通过海螺的螺旋结构传导出来,一方面贝壳里光滑的结构大大减小了声音能量的损失,另一方面贝壳的螺旋结构让声波得到了加速。

    贝壳作为货币被人类使用,是人类脱离蛮荒走向文明的重要标志之一。古人把贝壳穿成串,每两串就是“一朋”,“朋”字就成了“价值”的代名词,而甲骨文的“朋”字结构中上面就是一个木棍,下面是悬挂的两串贝币。今天的汉字中,带“贝”字旁的汉字绝大多数都和货币、价值有一定的关系。

    小贝壳所蕴含的知识还有很多很多,有天文、地理、物理、生物、化学等近20多门学科知识。小小的贝壳只是我们了解的自然资源的一种代表,还有更多的“宝贝”等待着我们去挖掘和科普。我的工作就是用贝壳传播海洋文化,我更希望能把这些科普知识带给内陆和山区的孩子,开启孩子们认知海洋的大门。

    (作者系青岛贝壳博物馆执行总监, 荣获2019年全国科普讲解大赛一等奖、全国“十佳科普使者”称号)

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