当自然赋予科学灵感 精装新科学人文库

自然既是科学永恒的灵感宝库，也是人类最伟大的导师。 

获奖情况：
独立出版商图书奖（IPPY）自然类好书（2023 年）
AAAS/斯巴鲁科学图书卓越奖入围作品（2023 年）
鹦鹉螺图书奖科学类银奖（2024年）

相关推荐：
“令人愉悦……只有像汉密尔顿这样技艺精湛的记者，才能将高度专业的科学创新故事以如此温暖和诙谐的方式生动地呈现出来。”
——《卫报》
“作为一名工程师和教育工作者，我在一所文理学院教授一门名为‘仿生学’的核心课程，我强烈推荐这本书，它值得所有人阅读，包括我的学生。从中我们可以学习大自然解决问题的卓越智慧，并将其视为永恒的灵感源泉。”
                            ——拉斐尔·宋（Rafael (Yong-Ak) Song），纽约大学阿布扎比分校生物工程项目主任
“本书以令人印象深刻的视角展现了人类从动植物中汲取的无数创新……海伦·斯凯尔斯的粉丝们绝对不容错过。”
——《出版商周刊》星级评论

这本书讲述了人类通过密切观察自然设计的精妙之处和卓越之处，在科技、医学和工程领域取得的惊人进步。作者的文笔引人入胜，充满好奇心和惊奇感。她像侦探一样，层层揭开每个故事中的重要里程碑，带领读者经历科学发现过程中那些往往艰辛曲折的过程，以及最终的激动人心的时刻。 


 

序言　天马行空的创意
1874年，亚历山大•格拉汉姆•贝尔（Alexander Graham Bell）27 岁。他留着浓密的黑胡子，终日扒在尸体边观察耳朵的涡状结构，这就是日后改变世界的惊世发明的起源。人类的耳朵少骨多肉，经几百万年演化得极为精密。鼓膜虽薄，却能带动中耳有一定重量的骨骼，让贝尔既震惊又好奇：“我当时灵光一现，想到要是薄如蝉翼的鼓膜能控制尺寸和重量都大得多的耳骨振动，如果把膜层做大做厚，能不能在电磁体前带动铁块振动呢？”他在笔记本上的一张速写图边潦草地写下：“传输设备做成人耳状，电枢做成听小骨状，仿照自然的结构。”
贝尔钻研耳朵的结构事出有因：他的母亲和妻子都是听障人士，所教的学生也都有听力障碍。他制作的声波记录仪是把人的耳骨装在木质框上，当声音引起耳骨振动，声波记录仪会将抽象的声波所产生的振动在烟熏玻璃上留下相应的声纹图案。他本来只是想给聋哑学生发明个辅助工具，想象力却一发不可收拾，两年后由此诞生了电话专利。1876 年，他坐在实验室，通过电话对身在另一个房间的助理说：“沃森先生，你来我这儿一趟，有点事。” 内容虽简短，意义却非凡。
历史上，这类例子数不胜数：从真菌中提取出青霉素，从珊瑚中研发出抗癌药，从箭毒蛙和芋螺（也叫鸡心螺）的毒液中提炼出止痛片，等等。仿生学是研究大自然的学科，从大自然最伟大的杰作中寻求启发。它的英语biomimicry源自希腊语bios（意为生命）和mimesis（意为模拟）。这个单词最早是在20 世纪50年代由生物物理学家奥托•施密特（Otto Schmitt）创造的，在1997 年被生物学家兼作家雅尼娜•拜纽什（Janine Benyus）普及开来，她主张科学家也应该坐到设计桌前（参与工业设计和运营），不要只潜心理论研究。目前仿生学仍是个年轻学科，我们有必要区分事实与虚构，尤其是在其被滥用为营销噱头时。我们应该把它当作对多年潜心寻找新思路的科学家的投资。仿生学也不包治百病，但它是指路明灯、灵感源泉，是让人敬畏的领域，充满单靠人类自己永远也想不到的创意。本书的目的就是揭秘仿生学，探索全球成千上万个科学家破案一样的工作。如果仿生学是一个曲柄，那它正在众多男男女女科学家们的努力下越转越快。在我们身边，有许多已经繁衍了数百万年的生物，它们利用着各种能源与材料，却不像我们人类这样制造污染，而是演化出了巧妙的披荆斩棘的生存机制。
本书的主角是动物和植物。受动植物启发，人类发明出观测宇宙大爆炸的望远镜、治疗顽疾糖尿病的药物，以及被诺贝尔奖基金会评为“当代生物科学最重要的工具之一”的绿色荧光蛋白。有些“人类首创”的设计，动物王国早就使用了。比如，电鳗能产生足以击昏人类的电流，鱿鱼通过喷水反推前进，树蟋能把树叶变成小型扩音器，河狸会在洪水—漫湖上建筑堤坝保护住所并确保日常活动的安全。鱼鳔能帮助鱼类调节浮力，跟潜水艇的压载水舱原理相同。所谓的农业革命，变革其实也没那么剧烈。人类早就知道，好几种蚁类会培养菌圃，还会饲养蚜虫生产“蚁乳”：蚜虫吸食树皮和叶片的汁液后，会分泌含有糖分的蜜露，工蚁用触角轻轻抚摸就能“挤奶”。座头鲸（Megaptera novaengliae）的喉部犹如一个巨型的折纸作品，但材质不是纸张，而是多层皮肤，沟沟壑壑可多达36 道，捕食猎物时可以展开，捕食完成后又可恢复原状。
本书的定位不拘一格，既有探索过程，又有科学原理，也不乏哲学性质疑。大自然对人类有多重要？保护地球生物多样性有多重要？普通人与复杂的发明创新有什么关系？其实在很大程度上，大自然比想象中更难以模仿。人类常常试图从大自然中提炼发明出一些大自然中前所未有的事物。这需要生物学家、工程师、化学家、物理学家、材料学家、数学家等多学科人才共同合作并挖掘潜力。科学家就像探险家，探险家钻研陌生区域的地图并推测未知空间的情况，科学家深入挖掘未知和未探索的领域，尝试新思路，完善人类的集体知识。全球知名学府纷纷成立了专门致力于仿生科学研究的部门，包括麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology），哈佛大学威斯生物工程研究所（The Wyss Institute at Harvard University），佐治亚理工学院仿生学设计中心（Center for Biologically Inspired Design，Georgia Institute of Technology），帝国理工学院仿生学技术中心（Centre of Bio-Inspired Technology, Imperial College of London），亚利桑那州立大学仿生学中心（The Biomimicry Center, Arizona State University），等等。
在序言最后，我想先澄清一点：演化不具有目的性，也非神迹，而是一系列对当地变化和环境的适应。仿生学也不是能让人类一劳永逸的集大成者，它只能在一定范围内帮助人类打开思路。演化不像工程师那样具有创造性思维，动物也有无法摆脱的生理限制，比如进食、繁殖和排泄，而我们人类的产品和机器却不受这些限制。然而，研究生物体的构造能在既有模式基础上创新解决方案。比如，紫贻贝的黏液为何任由海浪拍打也能牢牢粘住？再如，长颈鹿那么高，为什么血液没堆积在纤细的腿部？
本书分享的例子并非完美的发明，本意也不是强调完美性，只是抛砖引玉，激发出更伟大、更深刻以及与周围的世界更相互依赖的创造。可悲的是，随着时间推移，人与自然的关系越来越疏远。根据英国国民信托组织（United Kingdom National Trust）数据，仅仅一代人的时间，英国人从事户外运动的时间就已减半，很多儿童的户外运动时间勉强达到联合国给监狱服刑人员推荐的最低标准：“天气允许的情况下，每天至少进行一小时适当的户外锻炼”。简单来说，文明与自然已经割裂，但人类仍然渴望那原始的、可触摸的存在，渴望办公室和电子设备荧幕之外的存在。为什么不呢？自然深植人性。但是，要想持续向周围的生物学习，就得保护它们尚未被驯化的生存之地。人类这个物种用自然随机的赠与设计出了美好的生活，借助这份力量，我们也一定能创造更好的未来。
请随我一起穿越冰封之瀑，跋涉云雾之森，挖掘潮间地带，共同发现大自然中那些让人叫绝的创意。

能够在极端环境下生存的水熊虫，给药品、生物样本的常温保存提供了解决思路，龙虾的眼睛构造启发了科学家设计出能捕捉X射线的太空望远镜，海滨的红杉林帮助工程师研究出更高效的雾水收集网，社会学昆虫蚂蚁和蜜蜂帮助人类优化了决策路径和计算机上的算法，长颈鹿的皮肤启发了治疗继发性淋巴水肿的压力袜和新一代的宇航服，贻贝的吸附能力帮助人类研发出更高效的防水胶水，珊瑚的生长启发了更低碳环保的生物水泥，毒蜥蜴的唾液帮助人类研发出更高效稳定的2型糖尿病治疗药物，人类骨骼的构造帮助我们研发出更加牢固且重量更轻的机械和建筑。这些就是生物仿生学的作用：从大自然中获取灵感来解决人类面临的挑战。
在这本书中，克丽丝蒂深入了解了一些我们最意想不到的创新的幕后情况。她穿越冰冻的瀑布，在云雾缭绕的森林中跋涉，在沙漠中观察蚂蚁，在潮间带搜寻，并带我们到最深的海洋和火山附近，向我们介绍那些启发了从物流系统到无毒胶水的动物和植物，以及那些一路追随“我想知道”的第一个火花的人。科学发现的喜悦固然重要，但这本书也不仅限于此，也是一封写给大自然的情书。如果我们要继续向我们周围的生物学习，我们必须保护它们的家园。 
作译者简介：
克丽丝蒂·汉密尔顿（Kristy Hamilton），科学记者，撰写的相关文章曾在《连线》（WIRED）、《科学》（Science Magazine）、《商业内幕》（Business Insider）、《西雅图时报》（The Seattle Times）、《西雅图周报》（The Seattle Weekly）等刊物发表。她也曾担任《科学》杂志的播客主持人和视频编辑，同时也是一位业务攀岩爱好者。
冯仁人，口笔译员，擅长翻译领域为鸟类行为学、生态保护、经贸、金融、信息科技、文学、教育学。
蒋一婷，辽宁大学生命科学院副教授。于巴黎萨克雷大学，巴黎第十一大学（法国）获博士学位。致力于鸟类学研究，研究方向为行为生态学与保护生物学。

序言 天马行空的创意
第一章  悬案   缓步动物与药品保存
第二章  垂钓星河  龙虾与宇宙大爆炸观测望远镜
第三章  吞云吸雾  海滨红杉林与吸雾竖琴
第四章  谁在管理  蚂蚁、蜜蜂与路径规划系统和机器人
第五章  越穿越纤腿  长颈鹿与淋巴水肿压力袜
第六章  与自然结盟  紫贻贝与无毒胶水
第七章  混凝土证据  珊瑚仿生水泥与建筑业减排
第八章  籽上飞驰  石榴、鲍鱼与未来电池
第九章  隐秘的骨骼  骨骼与轻型飞机和轻型建筑
第十章  怪物降世  爬行动物的唾液与型糖尿病用药
第十一章  美丽的突起  鲸鳍结节与节能风扇
第十二章  窗殇难遣  蛛网与鸟类防撞窗户
第十三章  灵光一现  水母发光与绿色荧光蛋白技术／
结语
致谢
注释
参考文献
索引