化学仿生学 [复制链接]

第3版()
专栏：科学知识

化学仿生学
中国科学院化学研究所 朱秀昌
化学仿生学研究怎样在化学中运用生物体内许多生命的法则。这是因为生物体内的各种化学反应，比现代化化学工业中的各种化学反应要优越得多，主要特点是效率高，没有副反应，而且都是在常温和常压下进行。人们从生物体中得到启发，形成了化学仿生学这个边缘学科。
大豆植物不需要施肥，因为它的根部有个“肥料工厂”根瘤菌。模仿根瘤菌的固氮作用，用化学方法在常温常压下把空气中的氮直接合成氨，这就是化学仿生学的一个重要任务。现在已经弄清楚固氮酶原来是一种含铁和钼的蛋白质络合物。科学家在实验室里已经找到一种钼的络合物，它可以在常温常压下把氮转变为氨，转化率可达百分之九十以上，不过目前还没有达到实际应用的阶段。
能不能建立一个化学工厂来终年日夜生产粮食呢？这也是要由化学仿生学来研究解决的课题。植物的叶绿素和酶是生产淀粉的机器和催化剂，空气中的二氧化碳和土壤中的水是原料，太阳光是动力，这样在植物这个工厂里就可加工出淀粉，这个生产方法叫做光合作用。光合作用是一种非常复杂的化学变化过程，要有十四种酶一起参加催化，所以人工模拟光合作用比较困难。到目前为止，已能用一种金属络合物催化二氧化碳变为极简单的有机化合物。但要达到做成淀粉这个目标，还需要作出巨大的努力。
咸水、海水不能灌溉和饮用。目前还没有费用便宜的除盐方法。我们知道，生物体内有许多膜的结构，例如细胞中就有外膜和内膜，这种膜可以通过离子。离子通过时有一种特殊的现象，就是不需要施加什么压力，就从膜外的稀溶液迁移到膜内浓溶液中去。这是一种浓缩现象，称为活性迁移，或主动迁移，浓度差别可达一百倍，耗能很低。模仿这种活性迁移来解决盐水的淡化作用，是化学仿生学今后的一个重大课题。
猫头鹰和鼠的眼睛能够接收红外线，所以能在晚上看得见东西，因为晚上一切东西仍会发射红外线。能不能仿制这些动物的视觉器，使人类在晚上也能看得见呢？现在，复杂的夜视器已经有了，但很笨重，人们要求化学仿生学能够解决这个问题。
有些昆虫具有灵敏度非常高的嗅觉器官。现在已经有一类液晶化合物，它们的光电性质对刺激非常敏感，但还没有达到应有的灵敏程度。
由于生物体中的结构和功能间的关系，还有待分子生物学的研究阐明，所以目前化学仿生学的进展受到了一定的限制。