第1章

下一次工业革命

我感觉自己的胸口几乎要被压爆了，当时我正在水下35英尺^[1]，浮潜于一条宽10英尺的水下裂谷中。裂谷两边满是夹杂着石灰岩的白沙和珊瑚，海浪不断增高，断断续续地拍打着裂谷的两侧，不断把我冲向身后的珊瑚，珊瑚的触角非常锋利，微微凸起在珊瑚表面。我已经喘不上气，亟须回到水面上。

这个浮潜地是我一生中遇到过的最危险的地方，毫无疑问也是最难到达的地方——我头上漂浮着锯齿状的珊瑚石，像一整片墙壁那样，有60英尺高。我所在的位置水深约有40英尺，但离我仅100码^[2]的地方，海床的深度就陡降到1 700英尺，我猜我是史上第一个自愿来到这个可怕的地方浮潜的人。一年中的大部分时间里，海洋的巨浪都不断冲击着峭壁，但也有屈指可数的几天，洋面会相对平静，海水也足够清澈，这样我就能开始我期待已久的浮潜探险。我当年42岁，身体健康，但这次浮潜还是耗费了我所有的体力。

潮水不断冲击着海底的沙子——降低了能见度。我四周聚集了成群的热带鱼，色彩绚丽夺目，除此之外我几乎看不到任何东西，这让我有些不安，因为这样形状的海底山脉往往会有食人鲨，有几种食人鲨最喜欢把它们的栖息地选在这种环境。我看不到它们，但我知道，1英里内的任何鲨鱼都清楚无误地知道我的位置。浪涌的速度非常快，我在水中的悬浮状态极有可能遭到潜伏在深海的捕食者的攻击，成为它们的开胃菜。另外，我也极有可能被海浪卷起来扔到锋利的锯齿状岩石上，被剐伤的风险越来越大。

正当我准备返回海面时，突然看到沙子上一个蓝白相间的陶器碎片，碎片的边缘已被海水冲刷得极为光滑，我不禁打了一个寒战。17世纪的荷兰商船曾航行到这片海域，船上通常都装载有中国瓷器——实在没有其他理由能解释这个偏远海域出现的这个小碎片，我赶紧将其抓起来塞进紧身衣的袖口中，然后尽力在不断上涨的海浪中站定，扫视了一下海床。多年的浮潜和潜水经验让我感觉到，海洋中绝不会天然出现直边的形状，所以当我看到一个暗淡的黄棕相间的矩形物体凸现在沙子里的暗礁上时，我的心不禁狂跳不止。它的大小和形状就像一小块扁平的墙砖。虽然我迫切地想要游回海面大口呼吸，但我还是抑制住了这种心情，努力地向那个东西游去。

在荷兰东印度公司的商船上，除了装载多箱沉重的银块外，还有一些产自荷兰的黏土砖。在通往东印度群岛的长途航行中，这些黏土砖主要用于压舱，维持商船的稳定。一旦到达目的地，黏土砖就会被卖掉用来建房子，而银块则用来交换香料（当地的银匠师傅对这种银出价很高），这些香料价值千金，它们挑逗着欧洲人的味蕾，打破了他们只有咸肉、腌菜和干鱼片的平淡饮食方式——更不用提令人恶心的变质食物的味道了。

我在其他沉船的残骸上看到过压舱砖，而我找到的这个砖片跟那些压舱砖极其相似。我用力拽它，但它丝毫未动。显然，它埋在那里已久，周围长满珊瑚，把它跟暗礁黏在了一起。突然，一股猛烈的海潮狠狠地撞向我，沿着河床把我冲向暗礁的方向，我转过身，拼尽全力向更深、更安全的水域游去，然后扭动身体浮到海面。到水面后，我用力敲打呼吸管，清除掉里面的水，赶紧深吸新鲜空气。我休息了几分钟，补充血液里的氧气。体力消耗大，又兴奋，以致心怦怦直跳。难道我真的发现了一个宝船？

从荷兰东印度公司沉船上发现的银质品

在印度洋潜水过程中发现的17世纪黏土砖

我曾经用了很多年寻找荷兰东印度公司在17世纪失事的两艘船——“Fortuin”号和“Aagtekerke”号。那时从欧洲到东印度群岛的首都巴达维亚（现印度尼西亚雅加达）之间，荷兰商人创造了很多项举世闻名的航行纪录。随着荷兰贸易帝国的建立，他们积累了巨额财富，打造了史上最大规模的私人海军。他们的船队沿着非洲东海岸向南航行，绕过好望角，穿过印度洋下游。这里的信风，即南纬40度咆哮西风带，猛烈地冲击着船队，使得他们以每小时4英里的速度向前航行了几千英里，到达澳大利亚荒凉的西海岸。在那里，他们转向北，最后航行2 000英里到达巴达维亚。

不幸的是，几条满载银块的商船没来得及左转，撞上了澳大利亚陆地，把残骸丢弃在那片曲曲折折的海岸线上。那个时代，水手只会计算纬度，他们知道自己所处的南北位置，而东西方向航行了多远只能全凭揣测，直到1725年发明了航海经线仪之后，经度才能确定下来。

我曾多次在荷兰商船的失事地潜水，包括“巴达维亚”号、“柴特多普”号、“泽维克”号和“费居德·德雷克”号。每艘船都载满数吨重的大箱银币，荷兰当时从沉船处打捞了一些银币，其余散落的就被西澳大利亚博物馆打捞走了。然而，“Fortuin”号和“Aagtekerke”号的踪迹始终无处可寻。当时的一般情况是，优良的航船都会配备很多能力极强的船员，所以船不可能轻易沉没，很可能是他们在暴风雨夜撞上了暗礁或者峭壁。经过一系列分析和推测，我本能地想到了这个狭长地带，海洋和陆地在这里开始相连。我非常兴奋，甚至确信至少有一艘船沉在了这里，裂谷的形状及其所在位置都暗示这里是失事地点。当荷兰旗舰“巴达维亚”号于1629年在澳大利亚海岸搁浅时，船体在海底凿出了这样一条裂谷。

海浪在集聚——晴朗的天气似乎过去了。我深吸一口气，又向海底游去。每一次潮涌都会为河床铺上一层云一般的沙粒，海水不断冲刷着峭壁，喷溅出白色的浪花。经过海水反复冲刷，能见度几乎为零，想回到刚刚离开的地方已变得十分困难，但很快我就再次看到了那块砖。我一只手抓住它，另一只手从绑腿上的刀鞘里抽出匕首，不断敲击它四周的岩石，碎片逐渐被敲掉。一个巨浪扑向我，要把我甩到峭壁上，我拼尽全力抓住那块砖，这时又一股大浪冲到我身上。就这样，我把这个战利品从海底岩石上剥离下来，看到砖下是黑色的沙粒和一些珊瑚。

之前在其他沉船地的浮潜经验告诉我，对珊瑚的生长环境来说，黑色很可能是银氧化之后的残留物，难道下面是银币吗？当我把砖塞进我的紧身衣又游回到海面呼吸时，显得异常兴奋。我又一次潜入海底，这时另一股海潮冲了过来，沿着河床的岩石拖拽着我，把我臀部和手掌背面的紧身衣撕开了。实在是太危险了。我不得不离开那片海域，沿着峭壁爬到一个安全的地方。

我在那里漂浮了几分钟，看着潮水汹涌地拍打着悬崖下面的岩石板。我通过观察海潮的节奏，顺着一个浪潮游到了那块岩石上，这里比海水低点高了几英尺，可以让我立足。我立即摘掉脚蹼和面具，爬到岩石高处。另一股更大的海浪几乎把我冲倒，从我的手里把脚蹼扯了下来，我紧紧地抓住岩石，尽力保持在激浪线之上——最后很安全，但非常失望，天气开始变得潮闷，这次之后我恐怕再也没机会来这里浮潜了。几年之后，有一艘轮船在几英里之外的海域失事，那里的海面波涛汹涌，救援人员始终无法抵达，最后30多人不幸溺水而亡，这再次表明这个地方极其危险。

仿生行业：为世界勾勒出一幅清洁、环保、可持续发展的蓝图

寻宝过程和预期能找到巨额宝藏的想法让我着迷，激起了我极大的兴趣——尽管整个历史上也只有屈指可数的几个人真的寻到了财宝。假如真的有巨额财宝藏在那里等着我们去发现，真的有发财的机会，并且每个人都能找到、每个人都能从中受益呢？会有的，但是在我讲这个事情的时候，已经没有什么秘密可言了。最让人兴奋的地方在于，仿生学是隐藏在生活中的设计大师，任何人——不论教育水平、文化背景和生活环境如何，都能发现自己身边全新的仿生学现象，或将其应用到生活中，创造全新的价值。

在过去的几百年中，我们创造出很多科技奇观，这些足以让我们的曾祖父一辈目瞪口呆。试想，爱迪生使用一部智能手机，怀特兄弟坐在美国国家航空航天局的控制室里观看宇宙飞船在火星着陆。我们为数百万人带来了舒适感和安全感，让更多的人拥有医疗保健，拥有汽车，拥有家庭供暖、电力、电视、被褥和碗碟，过上这种生活的人数要比20世纪初的总人数还多。然而不幸的是，为了提高全世界1/4人口的生活水平，我们破坏了自然环境，从而让地球上一半的人生活在贫困之中。未来的前景更为悲惨。新闻上不断充斥着环境灾难和社会灾难，让人应接不暇——冰川融化、大灭绝、毁灭性干旱和洪水、饮用水储量的减少、隐现的能源危机、海洋鱼类存量的急剧减少、农田荒漠化、规模空前的森林大火、大范围的石油泄漏。我们在不停歇地走向灾难，还是我们身边的机会与之前的比起来太多了？

当今世界，虽然人类面对来自各个层面的重重挑战，但一个全新的前沿领域蕴藏着巨大的机遇，而且不会破坏环境，这就是我投入数百万美元长期以来始终为之奋斗的领域，这是一种全新的模式，一场新时代的淘金潮，这就是仿生学。15年前，自然科学家兼先锋作家珍妮·班娜斯创造了“仿生学”这个词。到今天，仿生学通过识别、分析和利用自然界的策略来解决技术难题，已经成为一门快速发展的学科。仿生学设计不仅仅是模仿和照搬自然界的成果，它还通过提出正确的问题了解自然界的应答机制，从而运用这种思路直接解决问题，而无须提出全新的方案。你可以先观察自然界再应用自然之法，也可以先有技术需求再从自然界中寻找最优的应对方法。

在自然界中，每个个体都处在食物链中。自从地球上有了生命，38亿年来，捕食者强烈需要进化捕食策略来尽可能长地延续生命。生命取决于此，现代人类的生存也取决于此。非常幸运的是，我们可以通过大自然来寻求答案。作为一名自然科学家、潜水员兼船长，我做了很多研究，也目睹过很多奇特的自然景观，比如海底占地上万亩的发光生物体，在太空中甚至都可以看到这片亮光；速度极快的军舰鸟，其飞行速度能达到每小时180英里；一跃冲天的飞旋海豚，工程学的研究结果显示，需要它体形1.5倍大的肌肉块才能完成这种飞跃。我通过早期的研究发现，大自然经常会展示出令人炫目的高超技艺，而这些技艺背后隐藏的工程学原理远远超过人类所取得的成就。

原始自然充满了绝妙的美，同时它也很无情，通常不怎么温和，既不亲切也不温柔。大自然对人口爆炸的问题绝不陌生，在自然界中，蝗灾、鼠灾、海星灾让我们一遍又一遍地看到，种群总数剧增之后，大自然就会进行强制平衡——通过饥饿和疾病。所有种群都将如此，人类也不例外。纵观史料，我们都清楚发生在埃塞俄比亚、俄罗斯以及爱尔兰等国家的人口危机，考古学家与人类学家已经确认，在有文字记录以前，人类就遭遇过许多次灾难，种群几近灭绝。比如众所周知的多峇巨灾理论，该理论认为，在7万年前，今印度尼西亚发生了一次灾难性的火山爆发，导致全世界遭遇了一场6~10年的火山冬季，没了夏季，生长季节缺失。结果食物匮乏，大幅降低了人口总数，最后只剩下约1 000个繁衍群体。但是生命异常坚韧，克服了种种困难和威胁生存了下来。每个个体都拥有超强的生存本能，整个种群有更强的生存对策，因为大自然只考虑物种整体，似乎并不怎么关心个体。臭虫为了存活，变异得能抵抗杀虫剂；白蚁通过侵蚀地下电缆铅管获得美味的绝缘塑料；细菌变得有耐药性。无论我们做什么，大自然都会延续，如果有必要的话，会以牺牲我们为代价。

然而人类认为自己与众不同，具有不可剥夺的生存权利，可以我行我素。然而纵观整个自然界，没有任何证据能够支持某个种群拥有不可剥夺的生存权利，任何权利都必须通过适应大自然和对生存的渴望来获得。地球上的总人口目前已经有70亿之多，规模如此庞大的人类正面临7万年来最大的生存挑战。作为自然界的一部分，人类只要能从身边几百万种成功存活的物种那里汲取经验，就不仅能适应并存活下去，还能繁荣兴旺。

大自然创造了我们，给我们生命，让我们呼吸，还供养我们。我们一旦忽视或破坏自然，就摧毁了生存基础。但是，随着人类智慧的演化和生物启示的发展，我们的种群定能牢固地屹立于自然的根基上，繁荣昌盛。

潜力有多大？

尽管仿生学作为现代学科仅有15年的历史，但依据生物启示创造的产品已经实现了数十亿美元的销售额。其中包括模仿森林地面的块状地毯，受到荷叶启发建造的自洁式建筑物，各种纺织品、绘画颜料，以及从孔雀羽毛的颜色获取灵感的化妆品。人们通过模拟一种蚌壳附着在岩石上所使用的材料，生产出一种新型胶合板以取代有毒黏合剂。新型仿生产品之所以能够上市销售，是因为得到了美国高通公司的大力支持，这家公司在移动技术方面居于世界领先地位，7年来向科研部门投资了近10亿美元用来大规模生产他们的新型电子显示屏，而这种显示屏正是受到蝴蝶翅膀的晶体结构启发。通常情况下，依据生物启示创造的产品一经上市，每年的销售额就会翻番，相对于市场上现有的竞争性产品而言，它们为消费者提供的产品性能更好、能耗更低、废物更少、毒性更弱，价格还更低。

2010年全球投向可持续发展企业的资金超过了2 000亿美元，比2009年增长了40%，即便“大萧条”之后80年来很多行业都跌入谷底。仿生学有时也被描述为具有可持续发展的工程学学科，任何真正可持续的产品或者企业本质上都具有仿生学特性，这个学科通过学习自然界的最高成就（所有这些都具有可持续性）来创造产品。

增长潜力显而易见。据推测，到2025年，各国利用仿生学创造的国内生产总值（GDP）总和将高达1万亿美元，其中美国国内生产总值达到3 000亿美元。据我所知，仿生学技术在药理科学、水处理、热控制和制冷技术等领域已充分展示出发展潜力。此外，仅在美国，通过仿生技术降低碳排放量和保护自然资源方面，就能够创造500亿美元的产值。据估计，在接下来的15年中，仿生学相关企业将为美国提供160万个就业岗位。

自工业革命以来，商业利益和环境保护一直都是一对在传统意义上不可调和的矛盾，企业的高管有时可能对符合其个人价值观的做法表示支持，企业通常也会采用一些利于环保的规章制度，但其目的只是不违犯相关法律、获得政府拨款，或在市场营销中给消费者留下好印象。政府已经通过税收减免政策将清洁技术引入市场，但在经济低迷时期，这种激励也趋于枯竭。1994年，英国一家名为“可持续发展力”的公司提了一个被称为三重底线的模式，该模式也被称为“人类、地球和利润”，其目标不在于关注经济投资回报率，而在于关注环境和社会的价值。三重底线是个极其实用的商业概念，但这并没有从根本上改变支撑或者抑制环境友好型创新的条件。

美国波音特洛马基督大学的费尔马尼安商业与经济研究所已经开始着手改变目前这种状况。圣迭戈动物园资助费尔马尼安商业与经济研究所制作该领域第一份有影响力的经济报告，该报告于2010年年末发布。根据这份报告得出的结论，保守估计到2025年，仿生学对化工产业、垃圾处理和环境治理三大领域的影响将达到15%。与此同时，在建筑业和工程服务、纺织品生产、运输设备和公共设施领域，10%的产品都具有仿生学特征。另外在食物产品、建筑工程、塑料制品、计算机设备和通信服务领域，仿生学也能创造5%的产值。

费尔马尼安商业与经济研究所为了有力地支撑这份经济报告，又发布了一套新的商业模式，名为E2。这个模型与三重底线模式不同，是基于企业对环境部门和社会部门的积极影响或破坏性影响增加或扣减价值。E2模式把经济利润和环境利益视为相互支撑的两个部分。2011年8月，费尔马尼安商业与经济研究所还发布了达·芬奇指数，这是第一个正式衡量仿生发展程度的指数。达·芬奇指数跟居民消费价格指数（CPI）一样，通过整合数据阐释仿生学的发展趋势。费尔马尼安商业与经济研究所目前主要还是基于美国的数据，统计了2000年以来与仿生学相关的学术文章、专利技术、政府拨款，即这些拨款的美元金额。

就像费尔马尼安商业与经济研究所的首席经济学家林·雷瑟在发布达·芬奇指数时讲的那样：“指数有两个目的，其一在于让投资者、各类企业、政策制定者和各所大学了解这个领域，其二开始搜集并发布真实的数据。我相信，一个真正具有颠覆性意义的技术正在不断取得进展。”

达·芬奇指数表明：

·仿生学活动在2000~2010年增长了7.5倍，复合增长率达到22%。

·2009年，提交到美国专利局的应用专利中，有900项含有仿生学、生物启示或类似的关键词。由于一项专利需要很多年才能申请下来，所以每年发布的应用专利数量实际上超过受到政府拨款的专利数量。在美国，受政府拨款的专利中，包含仿生用语的数量从2000年的3项增加到2010年的41项。另外，在达·芬奇指数研究的专利中，有些专利即便不包含任何具体涉及仿生学的用语，也可能得到了生物的启示，所以研究人员认为，这只是个很保守的数字。

·仿生学的学术文章在过去的10年中增加了5倍，这些学术研究是把技术应用到产业中去的强有力的先行指标。2010年，在世界范围内发表的论文中，有1 500篇与仿生学有关，其中近1/3在美国发表。在欧洲和亚洲，大学的研究成果也在日渐增长，有些大学的整个研究中心都致力于生物启示的设计或者绿色化学，他们承担着对无毒分子的研发，从而创造出相对于市场上的同类竞争产品，同样有效或者更为高效的产品。化学、材料科学、工程学在学术文献中占绝大多数的份额，其次是物理学、高分子科学和其他学科。

·2000~2010年，政府对生物启示研究的拨款量增长了3倍，拨款的金额增长了4倍，达到了930亿美元。从2008年开始，世界范围内的经济危机导致拨款的金额全面减少，但在2011年，拨款数量和拨款金额大幅增加。

达·芬奇指数对这门学科的普及、政策的制定以及应用仿生学的企业都有积极的影响，然而在当前这个时点，达·芬奇指数还没能统计出仿生类产品和仿生类公司所带来的收益。费尔马尼安商业与经济研究所指出，私营公司不愿意披露它们的财务数据。帕克斯公司的团队也曾接到经济影响报告的采访，对我们来说，也不愿意披露。你们会看到，在本书的写作过程中，我也采访了一些仿生学领域的朋友，他们同样小心谨慎。我想，这种做法从仿生学的应用角度而言也有些道理。松鼠不会告诉你它把坚果藏在什么地方，上市公司可能需要向公众提供很多财务数据，但它们很少披露单个产品的销售数据，所以说对于仿生学应用的数据搜集而言，还需要花费很长时间才能让公司愿意分享它们的财务数据，以便充实该领域的统计数据。费尔马尼安商业与经济研究所和其他研究机构已经预测到这个趋势，光明的未来正乘风破浪而来。

历史上的仿生

不难想象，早期的竹筏和独木舟都是根据水中漂浮的圆木发明出来的，圆木上栖息着鸟类和动物。陶器制作艺术上最好的老师莫过于蜾蠃——共有200种。它们搭建巢穴的技术与设计几乎与人类早期的陶瓷品一模一样。人类很可能就是受到1 100多种胡蜂筑巢过程的启发，借鉴它们用唾液混合枯树纤维来筑巢的方式发明了造纸术。

蜾蠃的巢穴

胡蜂的巢穴

人类技术成果的大爆发大概发生在公元前4000~前3000年之间。如果你到开罗博物馆参观，就会发现4 000年前古埃及人就已经开发出很多当今才有的技术，从设计高级的航海船只，如胡夫拥有一艘143英尺长的“太阳号”大船，到发达的渔网和鱼钩，从陶器和造纸到酿造啤酒，从风笛到七弦竖琴，从高精密度的切石法到金字塔的建造和胶合板的生产，几百种东西都是复杂而精致的发明，其中很多都反映了当地动植物的形状和功能。支撑建筑物的圆柱设计清晰地模拟了荷梗的结构。在法老墓穴中还发现了一片护甲，看起来像金属鱼鳞缝在纤维上，甚至埃及建筑物的尺寸也与树木的生长比例极为一致。

接下来让我们把目光投向古希腊人，他们创造了现代数学、现代几何和现代科学。柏拉图、毕达哥拉斯、亚里士多德、赫拉克利特和苏格拉底都是大自然的学生，他们寻求方法解释存在的本质和物质的性质。尤其是毕达哥拉斯，他对自然界中的几何比例非常着迷，在他之前，没有证据表明音乐家使用什么奇特的系统或者鳞片来为乐器调音，我们都知道毕达哥拉斯使用单弦琴做实验，这是一种附带着一个移动托架的单弦乐器，通过把琴弦拉到不同的长度创作奇特的音乐曲调，他所确定的最和谐的比例恰好与动植物的生长一致，这个发现从此成为西方音乐中音阶的基础。这是一种把自然界的孤立元素整合成为另一种新的艺术形式的伟大例证。他的发现看起来具有强大的魔力，以至于他开始对生命安全感到恐惧。之后他创立了一个秘密组织，更加有深度地研究自然界的奥秘。赫拉克利特的理论建立在对自然界进行观察的基础上，他认为万物皆流——现在物理学家也认同这一理论。此外，柏拉图看到无处不在的特殊角度和特殊比例，从而发展出了几何学。2 000多年之后，爱因斯坦跟柏拉图一样，也提出“上帝曾经研究几何学”。

随着欧洲的建筑风格从十字军东征到了圣殿骑士时代，仿生学也开始了其跨越式的发展。看起来他们已经理解了大自然的几何比例，一流的建筑师曾用这种比例建造高贵宏伟的建筑——所罗门神殿、金字塔、帕台农神庙等等。这些设计虽然在欧洲的黑暗时代失传了，但在伊斯兰世界里依然保持生机。跟随圣殿骑士的脚步回到欧洲，爆发出“镀金的”“神圣几何的”天主教建筑，一些大师的杰作，如坎特伯雷地区、沙特尔市、巴黎圣母院、亚眠市以及其他一些城市或建筑物，都符合大自然的内在比例。

文艺复兴在艺术上和建筑学上又掀起了一场壮观的仿生学浪潮。伟大的艺术家都知道，艺术必须反映出生活中的数学比率，从而使得艺术更加逼真。举个例子来说，艺术家在精确地了解我们眼睛的阅读距离、深度和光线之后，在二维的平面画布上，通过把前面的物体画得比后面的物体大的方式，展现出了三维效果。拉斐尔、米开朗琪罗、波提切利、多纳泰罗、提香以及其他很多的画家都频繁地把自然界的比例应用到他们的雕塑中、油画中和建筑上。

达·芬奇或许是有史以来最伟大的仿生学家。他不仅在艺术作品中精确地使用大自然的比例，还在生命的最后10年致力于甚至痴迷于几何学与自然风运动轨迹的研究。达·芬奇作为世界上第一个流体力学家，多年来通过观察鸟类的飞行，设计出了飞翼、直升飞机以及数不清的各种机器。他发现的人类心脏的工作原理——改变房内压力，直到近10年才被重新发现。甚至到了500多年以后的今天，达·芬奇对于自然界奥秘的深入探索、对生物形状与功能之间关系的深刻洞察，依然令现代科学家叹为观止。

拉斐尔的《圣母的婚礼》

懂得大自然成果价值的不只是那几个天才。在过去的几个世纪里，仿生学托起了整个工业，并扶持了几代制造者。比如，想想军事冲突中的战胜方是如何影响世界历史的？他们通常因为使用了更好的护甲得以取得胜利。各种各样的动物，从犰狳到鱼，再到蜥蜴和蛇，都受益于自然进化出的柔韧鳞片。这种鳞片重量很轻，再加上层叠设计，方便进行大范围移动，上千年来一直被专门用作保护勇士以及他们的战马。士兵们发现，鳞片状护甲作为抵御攻击的装备，与其他类型的护甲相比，成本更低、重量更轻、保护作用更强——包括锁子甲。最早的证据来自古埃及和中国古代，鳞片状护甲在中国蒙古族人、藏族人，和日本人、俄罗斯人、印度人、韩国人、波斯人以及整个拜占庭帝国中获得了广泛使用。用作护甲的鳞片由工匠从各种物质中获取，如金属、号角、皮质和硬质皮革——把动物皮放入混合着水、油和尿的锅中煮沸，使它变得更为坚韧。罗马帝国的百夫长们佩戴着具有超级防御效果的护甲——用铜或铁锻造出的鳞片。上述所有护甲都采用了与爬行动物鳞片相似的构造。更巧合的是，单兵防护装甲领域最新取得的一项进展就是根据陶瓷的分子结构并将其改进而来。由此可见，该原则同样适用。默里·尼尔为尖锋装甲公司研发了一款“龙鳞甲”新型防弹衣，它成为投放到市场中的第一款抵御步枪子弹的软护甲防弹衣。

鱼鳞型护甲

罗马人护甲

“龙鳞甲”防弹衣

另外一个对人类历史进程有深远影响的生物启示发明是带刺铁丝网。历史学家们现在认为，带刺铁丝网跟手枪、铁路和电报一样，在美国西部、澳大利亚和其他大陆板块的定居地起到了重要的作用。带刺铁丝网做的篱笆最初由迈克尔·凯利在1868年发明，然后由约瑟夫·格利登在1874年完善，这种篱笆能远距离迅速竖立起来，从而把难以驯服的牲畜关进畜栏。带刺铁丝网最初被作为“带刺的栅栏”投放到市场上，而这种东西只不过是对更早一些的仿生围栏进行的简易模仿，制作成了铁质品。早期的围栏也是在用天然存在的荆棘进行编织时，自然产生了这个效用。正如你能够想象的，带刺铁丝网对迁徙类动物和土著游牧民族产生了多么重大的影响，带来了多大的破坏，例如澳大利亚土著人已经自由游荡了5万多年，美国土著人则将其称之为“恶魔的绳索”。

树叶状海龙鱼的附肢模仿海藻

比目鱼能够根据周围的环境隐身

大自然也是真正的伪装大师，从石鲽鱼、章鱼、雪狐到树叶状的海龙鱼，再到螳螂，隐身具有决定生死的意义。除非交配，自然界的生物不喜欢被看到或被听到，因为被看到通常意味着被吃掉或者饿死，即使是勇士，同样如此。世界范围的土著居民都用羽毛、树枝、兽皮和颜料修饰自己，以便在狩猎时具有隐身性。当代军队通过研究大自然的这种系统，也利用了隐身性。大自然使用两种方法伪装：一种是模仿，通过模仿物体的形状或者颜色，像树叶状的海龙鱼、章鱼或竹节虫那样；另一种是通过迷彩来伪装，像石鲽鱼那样使用特定的外形或颜色隐藏在海床上，或者像豹子那样通过身上的太阳斑点隐藏在丛林中。每个国家的军队都是迷彩类材料的伟大使用者。当代迷彩的高效程度令人叹为观止，澳大利亚的军队最近在越野训练时将一辆迷彩卡车误停于他处，结果军队尴尬地被迫在当地媒体上投放广告，期望得到公众的援助，从而定位失联的装备。

另一项仿生发明帮助人们为一个重要行业带来了革命性的影响，即伐木业。19世纪与20世纪之交，伐木工人开始使用气动锯条，减少了对斧子和手锯的使用，改变了伐树时对劳动力的密集需要。气动锯条提高了效率，但需要频繁的维护，每次维护非常耗时，而且满是切削齿。20世纪40年代，一位名叫约瑟夫·考克斯的伐木工人，他很可能也是一位发明者，就如何提高动力锯的效率，思考了好几个月。一天，他在劈柴时无意间看到了手指般大小的幼木蠹虫，这个小东西当时正在噬嚼旁边的树桩。尽管甲虫以及它身上的每个部位都能被约瑟夫的劈柴斧轻易碾碎，但不管木纹的方向怎样，它都能稳稳地咬穿硬木找到出路。约瑟夫研究了幼木蠹的颌，发现它是交替着朝一边动，于是他把这种设计运用于对链锯链条的改进。这种锯链在1947年首次面市就大受欢迎，到了1951年，约瑟夫所在公司的年收入已经超过100万美元，这种锯链的基本设计被沿用至今，现归属于世界知名品牌奥利根，奥利根锯链的销售收入现已突破3亿美元。

动物生药学是一个冗长的科学术语，主要是研究动物的自我医疗行为。你可能见过你的小猫或者小狗在不舒服的时候嚼草，据了解，动物选择的医用植物中所含的化学成分具有抗菌、杀菌、抗病毒、杀虫（主要是寄生虫）的作用。野生黑猩猩在清除肠道寄生虫时会吃扁桃斑鸠菊，在治疗风湿病、病毒和真菌感染时会食用野生向日葵的叶子。其他动物则会通过咀嚼木炭和黏土来中和食物中的毒素，在应对皮肤病时会用柑橘类、铁线莲类和胡椒类植物擦拭身体。怀孕的大象会走上好几公里，找到一种特殊的紫草科树来分娩。毫无疑问，大自然还有很多非凡之处等着我们去了解、去运用。

制药学从根本上而言也具有仿生性。药品最早就是来源于大自然的物质：英文中“药”这个词就来源于荷兰语“droog”，含义是“干的植物”。考古发现的尼安德特人的洞穴中，就有6 000多年前人类使用过天然药品的证据，同时还显示，人类至少使用过7种草本植物用于治病，这些草本当前被证实仍有治疗价值，包括麻黄素（作为一种感冒药）、蜀葵（穷人的阿司匹林）和蓍草（包扎伤口）。有人认为，人类早期很可能是通过观察动物生病之后寻找哪些植物，从而判定这些植物中富含哪类有益物质，进而学到这些治疗方法的。

当代药典中有7 000多种化合物是从植物中获取的，另外还有数千种化合物尚未确定。事实上，当今美国市场50%以上的药品都是从药用植物中提取出其独有的有效成分合成之后产生的：从兴奋剂到镇静剂，从止疼片到化疗产品，从麻药到抗氧化剂，从强心剂到抗抑郁药，等等。就我们所知，这些化合物往往都有副作用，有时会带来非常严重的后果。我们在报纸上的确看到过很多由于非法过量使用药物而导致的死亡事件的报道，都是用大标题来强调的，但仅仅从美国来看，还是很少有人会把每年高达3亿多种严重的并发症与不正当使用处方药或者交互使用各种处方药的做法联系在一起。事实上，一篇发表在《美国医学协会杂志》上的报告推测，每年由于药物不良反应导致的死亡人数要比交通事故的死亡人数（每年约1亿人）还多。有趣的是，在仍然使用原始药用植物化合物的人群中，几乎没有重大并发症或者死亡事件的报道，而这种化合物通常与类似的医药产品同样有效。考虑到全球有80%的人支付不起医药费用，只能依赖植物治病，我们觉得这反而是一件幸运的事。

麻黄草在中国和印度作为药用已经有5 000多年的历史，主要用于提振感冒患者和流感患者的精神。后来市场中作为治疗感冒的主要产品就是众所周知的摩门茶，和伪麻黄碱一样，麻黄属植物，现在都是化学合成。[不幸的是，它也是上瘾药物和甲基苯丙胺（冰毒）的主要成分，一般都是非法制造，对人体的危害极大。]奎宁（即金鸡纳霜）是治疗疟疾的有效产品，而疟疾又是人类最致命的杀手，全球每年有300多万人死于疟疾。奎宁制品最初就来自于雨林中一种名叫金鸡纳树的树皮，现在是通过化学合成的，完全化学生产。一种叫地高辛的心脏病药物是从洋地黄的花瓣中提取而来的。阿司匹林的主要成分最初也是由希波克拉底在公元前400年前后从银柳树皮中提取出来的，1900年由拜耳公司合成、命名并投放市场，现在仍然是世界范围内销售最好的药品之一。

仿生类药物的清单还很长。家家户户必不可少的止疼药吗啡和可待因就是受到了生物启示，从鸦片中提取的。1895年，拜耳公司还从海洛因品牌的吗啡中合成了一种止咳类药物。联合国预计，当前世界范围内常规使用海洛因的人群大约维持在1 200万~2 100万，海洛因同时还是史上最为热卖的药品品牌。20世纪60年代，人们甚至从一种名叫麦角菌的天然黑麦真菌中合成了麦角酸二乙基酰胺（致幻剂）。有些历史学家在偶然情况下猜测说，欧洲中世纪出现的巫师，其实是人们吃了发霉的黑麦之后出现的所谓女巫幻觉。这个理论指的是，人们的古怪姿态由无意的“药物导致的精神错乱”所引发，直接造成了这些可怜的人被打上女巫的烙印，从而导致超过1亿人被烧死。有些人可能会说，海洛因和麦角酸二乙基酰胺事件说明仿生学出了问题，但我认为，问题出在选择合成并分散这些因子的人，他们没有考虑也没有控制他们的做法所带来的恶劣后果。

抗生学是药物学的一个分支，我们如何预测它为人类带来的价值呢？“二战”之前，一个抓痕或者嵌趾甲甚至都会导致感染，甚至要了你的命，像结核病、肺炎、梅毒和淋病、瘟疫，甚至牙齿发肿和其他100多种小疾病都会置人于死地。亚历山大·弗莱明的发现属于史上一大幸事，他为了做研究，在一个有盖培养皿内培养了一堆致命葡萄球菌。有一次，他发现葡萄球菌受到了霉菌的污染，所以准备把这个器皿丢掉，这时他突然意识到，霉菌杀死了一些葡萄球菌，这个仿生学故事的其余部分成为历史，被记载了下来。弗莱明也由此获得《时代周刊》的提名，成为20世纪最重要100人中的一员，他最初把这种抗生素称为“霉菌汁”。如今，每年有700多万磅^[3]抗生素被用到病人身上，并且挽救了无以计数的生命。尽管弗莱明当时也意识到了新兴的抗生素可能出现耐药性的风险，并且广泛告诫人们这种威胁，但这一点还是被严重忽视了。即使弗莱明发出过警告，但抗生素的过量使用还是导致了超级病菌的演变——病菌变得对抗生素具有很强的耐药性。美国疾病控制中心从“二战”爆发就开始搜集数据，直到2008年才发布第一份关于使用和过量使用抗生素产生的副作用的报告，现在每年死于耐抗性葡萄球菌的人数超过了艾滋病的死亡人数。幸运的是，人们已经开始新的仿生学研究，将会研发出全新类型的抑菌药物，还不会导致耐药性或令人痛苦的副作用。在本书的后半部分，我们还会讲更多这方面的内容。

谁预见到了趋势并且沿着趋势努力提供产品和服务，谁就能够在未来获益。在这种情况下，趋势就显得非常清晰，仿生学已经带来了很多财富并提供了很多机会，现在它比以往任何时候都能创造更多的财富、解决更多的问题。大多数自然原理尚未确认，更未被应用，所以知识产权的创造、新的加工工艺以及化学和材料学的突破性进展的潜力很大，整个行业的全面变革无可避免。

从海滩到会议室

尽管我现在还没感觉到仿生学对世界造成的革命性影响有多大，但我从10岁开始就已经投身到仿生学事业中，并爱上了那片海滩。我家住在离印度洋暖水区只有一个街区的地方。在澳大利亚长日照、高炎热的日子里，我一放学就会以最快的速度骑着自行车奔回家，然后拾起我的潜水面罩和呼吸管，一溜烟地冲向科特斯洛海滩的原始海滨。一有机会我就捡贝壳、在岩池里捕章鱼、摸鲍鱼、潜到水底捉龙虾，或者用长矛来刺鱼。无论是白天在学校，还是晚上躺在床上，我都没日没夜地梦想着游泳和捕鱼、冲浪和潜水。海洋里有我所有的喜悦和欢乐——强大的动力支持着我的职业选择。

我对鱼很痴迷，想弄明白它如何在水中游得那么轻松、优雅和高效——它的速度比我笨拙地全力游泳的速度要快得多。我注意到，鱼在前进时，鳍和身呈现出波浪状，类似于鳗鱼、蛇以及海藻的摆动方式。如果你拉一下海藻，就会发现它其实非常脆，我是在暗礁或岩石旁用呼吸管呼吸时，由于抓了它们的茎秆才发现的。当时突然一股巨涌冲向我，我为了保持原来的位置只好抓住海藻。后来我逐渐认识到，它们不断调整自身的形状，以便最大程度上减小水流的阻力，从而缓解冲击的猛烈程度。尽管海底的杂草叶最初看起来是无规则的摆动，但长期来看，所有植物的摆动一般情况下都遵循特定的涡流状路径。

半个鹦鹉螺贝壳

大约是人生的这个阶段，我在耶稣会求学，这里主要教罗马天主教会的知识。我的全部课程几乎都是古典文学和祷告，弥撒和祈福、礼拜和周拜，这些都是必修内容。学校当时的小礼拜堂很简朴，左侧是忏悔室，由细沙和黏土砖建造而成，墙上挂着《基督受难像》；右侧的墙上主要是玻璃，从那里望出去，是修整得很短的草坪和一片墨绿色芙蓉花丛组成的篱笆，除外再无其他。我感到非常无聊，有时会仔细查看礼拜堂里的每个角落和每个缝隙，有时会扳着指头数天花板上不同类型瓷砖的数量，甚至还会数我前面隔壁座位上那个男孩衣领上的针脚。我经常通过深呼吸来提高我的浮潜技能，终于有一天，当我从跪着的状态站起来时，突然失去了知觉，向后摔倒在座位上，打翻了长凳，不仅引发了男孩子们的一片骚动，也打断了讲习会。

主教节杖的弯曲部分

在我生命中第10个年头的一次弥撒中，大主教走进教堂，穿着白金相间的衣服，非常精致，戴着披肩，握着一个顶端是螺旋形的长手杖。手杖顶端的设计吸引了我，我在学校的很多东西上都看到过同样的弯曲形状，这种形状与我在海滩上捡到的贝壳相似。同样的螺旋形装饰着弥撒用书和圣经、神龛、祭台布的封面，甚至还刻在肃穆的基座上，上面竖立着耶稣、玛利亚和约瑟夫的白色雕像。《基督受难像》相框上的每一个角都有螺旋符号。我开始寻问这个形状是怎么回事，但没有一个神父能回答我的问题，也无法解释清楚它的来源或初衷。即便如此，我还是感觉到我在教堂里看到的这种螺旋形冥冥之中指向大自然的某种形状。

我高中生涯的大多数时间都挥霍在了海滩上，高中毕业后，我开始了一段关于电子工程的学习生涯。不幸的是，我是一个红绿色盲，每天还得面对几十种五颜六色、相互缠绕的绞合线，这对我来说简直是一种煎熬。我坚持了两年，然后离开那里进入渔业及野生动物局，在那里我有收入，还能进入海洋，保护澳大利亚的鱼类和动物——这份工作非常适合我。我沿着职业轨迹不断晋升，先成为一艘巡逻艇的艇长，最终成为一名高级区域官。沿着这条路，我开始与当地的渔民合作，并发明了一些渔业使用的测量仪器，同时也在野外做了很多探险。

到了1980年，越来越多的房地产开发商将目光瞄准了野生动物保护区，他们大兴土木，建设楼盘。开发商们通常还会根据该地区的特色给每个楼盘命名，诸如“宁静水域”“鹈鹕之家”“海豚湾”……但这些人从没想过，正是他们的房地产项目将这些地区的特色抹杀。看到这些，我备感沮丧。多年来，我一直在不懈努力，只为保护这片被动物视为繁衍天堂的湿地，难道就眼睁睁地看着推土机开来，将这里夷为平地，然后为越发富庶的澳大利亚人建造住宅？我看够了。更让我备受打击的是，精于算计的投资商和他们的会计师掌握着话语权，我如果想要保护自然环境，就必须找到一种全新的方式，并向他们证明，保护自然环境、研究自然界的种种奇观比毁掉大自然更能创造价值。后来，我离开了政府部门，回到大学主修经济学，随后又研究了心理学和比较宗教学。

“上涨的股价并未显示任何下滑的迹象。”我的秘书阿维一边说着一边走进办公室。

这是1985年2月，我当时还是澳大利亚能源研究集团公司的创始人和首席执行官，公司在1月上市了。这家公司被认为取得了澳大利亚历史上同行业中最为成功的首次公开募股（IPO），股价一个月来已经涨了近500%。的确非常奇特，我当时很难接受这件事。从我创立这家公司一直到公司上市，整整过去了两年零一天。离开大学之后，我就开始了全球旅行，与宗教领袖和神秘主义者一起学习，回到澳大利亚的时候我身无分文。当时正值经济萧条，工作机会稀缺，而我之前在渔业及野生动物局的工作经历对我找工作来说也没什么帮助，从这份工作中我没学到任何专业技能能让我在政府部门以外的领域谋生，但我一如既往的乐观。我决定创业，通过创办一家公司来研究并应用我从大自然观察到的节能策略。一天晚上我在餐桌旁坐着时，脑海中突然闪现了一个念头——“能源研究集团”，这听起来是个非常合适的公司名。第二天我就注册了这家公司。

我当时住在一个朋友家里，他家的卧室非常精致，这个朋友还借给我20美元，让我买一件白衬衫，这样我就显得更像一个企业管理者了。衬衫、决心、与渔民合作和小时候到处搜寻废金属和软饮料瓶来卖的经历，这些就是我能用来创立一家令人兴奋的高科技公司的全部。不久之后，我找到了两个合伙人，他们都是工程师，并且都对电子产品有很好的想法，这些产品要比我基于大自然的研究工作赚钱更快。有了资本之后，我就决定暂停我的日程，回到仿生学（尽管当时还没有这个词语）的研究中。当然，也有很多质疑声——有些反对人士对我的抱负甚至充满敌意，我每迈一步都是踏入一个新的领域，然而我的运气并没有那么好，我也不具备多少企业知识和工作经验。经过一系列难得的会面和大量艰辛的工作，两年之后，我们突然“一夜之间就成功了”。

接下来的几年比较动荡，公司上市之后只过了几个星期，我便动身前往伦敦，去商谈公司产品在当地的许可证。能源研究集团的前景光明，就像一棵摇钱树，我也刚刚与澳大利亚最大的户外广告公司签订了一份大协议，按照协议，需要一大笔前期费用。我不在澳大利亚的那段时间，一群实业家和金融家，包括一些我们新任命的董事会成员，实施了敌意收购，计划得很周密，最后他们开除了我，也开除了一大半员工，主要是担心我们不会与他们结盟。我震惊了。

在企业界的丛林法则中，生命自身就具有仿生性。大自然总有办法达成总体平衡，但对个体层面绝无公正可言。一些鸟类天生就偷食其他动物捕获的猎物，淘金热中强占他人土地的那些人也如此。发展快速的公司通常会打败其他竞争对手，有时也会吞并它们。

我卖了能源研究集团的股份，在接下来的5年中到处旅行，还在英国和澳大利亚创办了一些新公司，从这些新业务中我也学到了很多，但没有一个与我最初的动机完全吻合，我始终认为，企业通过向大自然学习能比开发大自然更为有利。

一天，当我在澳大利亚的原始海滩上散步时，我发现一股洁净的印度洋潮水冲了过来，从我陷在沙子中的脚面上冲刷而过，我停下来呼吸着带着咸味的空气，它在这片未受污染的海洋上漂流了几千公里，被打磨得异常洁净。太阳照射在我裸露的后背上，让我想起了童年时自己探索海滩和潮汐地的美好时光。作为一个年轻人，正是那份热诚引领着我成为一名自然科学家，并且加入渔业及野生动物局的队伍中。

我曾经在西澳大利亚州担任过采珠行业的负责人，虽然这是个无足轻重的岗位，但我还是学到了不少东西，掌握了做好环境保护工作应该懂得的知识。根据政府在19世纪末颁布的《采珠行业管理条例》，海滨拾贝仍是一项官方认可的合法职业，这项条例的历史悠久，虽然内容早已过时，但现在依然拥有法律效力。海滨拾贝者在获取执照以后，可以在澳大利亚的热带海滩上搜集那些被冲刷上岸、干干净净的珍珠贝。在那个时代，珍珠贝价值不菲，属于被高度管制的商品。我当时想，这种谋生手段真是伟大，还有比海滨拾贝更好的谋生方法吗？但是如今，在海滩上还能找到什么有价值的东西吗？自从有了塑料纽扣，珍珠贝就不再那么值钱了。或许我还可以从暗礁上采集一些可食用的野生海藻，因为多年的潜水和刺鱼经历让我对那片暗礁非常熟悉，除此之外，还能有什么东西值钱呢？

我把思绪从海洋上收了回来，准备回家。正在这时，我注意到沙滩上有一个有些残缺的贝壳，只剩下螺旋中心很少的部分，非常精致。我记得年少时曾痴迷于海藻弯曲的形状，能使潮涌的力量顺利流过，还痴迷于浴缸下水时涡流类似的形状。现在我眼前就是一个同样的螺旋形，我捡起它，把它在我手上翻过来。我知道某种螺类曾生长在贝壳里，但随着它不断长大，就脱离了壳体。由于我曾做过多年的实地调研，所以我知道大自然做任何事情总是使用最小的能耗和最少的材料。贝壳的设计者在建造房屋时所采用的方法就是要达到最小阻力、最小摩擦力，用最少的付出以及最少的材料。

让我灵光乍现之时

在那一瞬间，我知道如何通过海滩拾贝来谋生了。我需要做的就是研究大自然普遍存在的形状，并把这种形状应用于所有设备的设计。我尤其感觉到，我反复观察的螺旋形能够应用于各个行业和各种产品，能与液体、气体或者热流相互作用，几乎涵盖了世界上的每个行业和每种产品。后来实践证明，这是一个令人兴奋、引人入胜并且极具挑战性的过程。对这些现象的研究和应用成为我之后20年来的事业——通过做我热爱的事情也为我带来了可观的财富，我由此萌生出强烈的成就感，用来改良人性和保护大自然的栖息地，下定决心寻找并且追随我痴迷的事情——沙滩和沙滩拾贝，这样一个简单的行为给我带来了不只是一个而是两个丰富且令我感到满足的职业生涯：自然科学家和仿生学者。

[1] 1英尺≈0.305米。——编者注

[2] 1码≈0.914米。——编者注

[3] 1磅≈0.454千克。——编者注