長頸鹿的「秘密」

2020-08-23 北京市科學技術研究院

人們研究生物體的結構與功能，分析它們的工作原理，並根據這些原理髮明、製造出新的設備、工具，這樣一門有意思的學問叫做仿生學。

帥氣的空軍飛行服和高大的長頸鹿之間有什麼聯繫嗎？

解釋這個問題之前我們首先應該了解一下，飛行員們在執行任務時需要面對的一個嚴峻的問題——「黑視」和「紅視」反應。

圖源：https://baijiahao.baidu.com

不同於普通民航的飛行員，駕駛戰鬥機的飛行員或航天員，往往需要面對極高的「過載」。這種過載現象在我們的日常生活中也很常見，比如平時乘坐電梯的時候，電梯上行或者下行啟動、停止的瞬間，我們經常會感覺到血液突然往頭部湧或者是突然向下肢流，在遊樂場體驗過山車或者「跳樓機」的時候，這種感覺會更明顯，這就是過載現象。

圖源：https://image.baidu.com

有些人很樂於享受那種腎上腺素大量分泌的刺激感，但是飛行員們面對的過載是普通人無法忍受的。高性能的戰鬥機或者是載人航天使用的火箭往往能產生9-10G的過載，G就是我們常說的重力加速度。

什麼是「黑視」和「紅視」反應？

當飛行員駕駛戰鬥機機頭上仰快速拉升的時候，由於巨大的加速度和慣性的作用，飛行員頭部的血液會迅速向下肢流動造成腦部缺血，眼前變得一片漆黑什麼也看不見，這種情況要在過載結束後一段時間才會消失，嚴重的甚至會使飛行員短暫失去意識，產生極大的危險，這就是「黑視」現象。

「紅視」則與其恰恰相反，當機頭向下俯衝的時候，飛行員下肢的血液湧向頭部，視網膜也會受到影響，眼前一片紅色其他的什麼也看不見，嚴重的甚至會傷及眼球或造成腦出血，這對於飛行員來說無疑是致命的。

‍長頸鹿能幫助飛行員解決這個問題？

我們先看看長頸鹿的身上藏著什麼秘密吧，長頸鹿作為最高的陸生哺乳動物，它們生下來就是天生的「高血壓」，由於長頸鹿的頭部和心臟的垂直距離大約是2-3米，因此，為了滿足大腦的日常供血，長頸鹿重達10公斤左右的心臟能產生約300mm汞柱的收縮壓，並且每分鐘的心跳能達到150次左右。

那麼問題來了，面對這麼高的血壓，如果長頸鹿是站立狀態倒還沒什麼，萬一它要是口渴了想低頭喝點水，這麻煩就大了，但事實真的是這樣嗎？做過倒立這個動作的人都知道，長時間「大頭朝下」會造成腦充血，很不舒服，甚至會產生危險。當長頸鹿低頭喝水的時候，我們並沒有發現它有任何不適，那麼在這個過程中，它的身體裡到底發生了什麼呢？

圖源：https://bjyb.poco.cn

當長頸鹿低頭時，為了防止大量的血液湧向大腦，靜脈裡類似閥門的瓣膜會關閉，此時就好像一個單向閥一樣，阻止腦血管的壓力過高。

（大家好，我是一個單向閥）

除了血管周圍發達的肌肉能壓縮血管，控制血流量，同時起作用的還有長頸鹿神奇的皮膚。長頸鹿又厚又緊的皮膚有效地限制了血液往下肢聚集，並能很好地幫助下肢的血液向上回流，這才使它的「高血壓」不會影響到自己的正常生活。

而正是從這神奇的皮膚控制中受到了啟發，科學家發明了保護飛行員的「法寶」——抗荷服。最初的抗荷服是充氣式的，當飛行中產生過載時，氣泵會向氣囊中充氣壓迫血管限制血液流動，從而防止大量的血液流向大腦或者從大腦流出，這就很好地降低了「紅視」或者「黑視」的影響。

但是傳統的充氣式抗荷服有一個很明顯的缺陷，反應速度慢，這對於瞬息萬變的戰場是致命的，因此後來又演變出充液式抗荷服，我國更是研製出新型一體化防護服，更好地保證了飛行員的安全。

http://news.cri.cn/gb/3821/2004/11/11/1062@356340.htm

​看到這，終於明白了長頸鹿與抗荷服的故事，那麼你又知道哪些經典的仿生學應用呢？歡迎留言告訴我們。

​參考文獻：

《抗荷服的發展綜述》劉亞楠 賈鎮遠 甘肅科技2015年9月《長頸鹿血壓高得爆表，咋就沒得腦溢血？》 科普中國網 2017年9月8日

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