企鵝排洩糞便可以噴多遠?獲得搞笑諾獎15年後,他們又算出了企鵝...

2021-01-07 騰訊網

來源：科研圈（ID:keyanquan）

圖片來源：arstechnica.com

2005 年拿到流體動力學搞笑諾貝爾獎的研究，時隔 15 年出「續集」了。

撰文 | JENNIFER OUELLETTE

翻譯 | 賈楠

編輯 | 魏瀟

大自然是殘酷的，因此在育雛的過程中，帽帶企鵝（Chinstrap Penguin）和阿德利企鵝（Adélie penguin）不願將卵不加保護地留在巢中，即使是在排便的時候，也不會走開。但是它們同時也不想讓糞便汙染巢穴。因此在孵化時，它們會彎腰向下，使其下半身探出巢穴，然後抬起尾巴，噴出一坨糞便。這種方式同時確保了卵的安全性和巢穴的清潔度。

2003 年，兩位勇敢的物理學家被這種行為吸引了，並且想要通過計算來回答這個問題：這些企鵝在排便時可以產生多大的壓力來推動其糞便遠離巢穴？答案是大約為人排便時的三倍。那篇論文幫助他們斬獲了 2005 年的搞笑諾貝爾獎，為那些痴迷於企鵝便便的人贏得了永久的榮譽。現在，2 名日本科學家對這一問題進行了重新探討：他們計算了企鵝糞便排出時的軌跡，並重新計算了直腸壓力。該研究已經在預印本平臺 arXiv 上公布。

根據 2003 年論文的合著者、日本發光生物研究所（Research Institute of Luminous Organisms）Victor Benno Meyer-Rochow 的說法，這個神奇研究的起點是他帶領團隊在南極洲進行的一次探險。他當時只是想收集當地的海洋蠕蟲和被一種稱為春蟲的微小陸生昆蟲的樣本，以作進一步研究，但他還是為該地區的企鵝拍攝了大量照片，並將其用於演講中。在日本北裡大學舉行的一次研討會上，一名年輕女子對 Meyer-Rochow 一張企鵝在巢中孵卵的幻燈片提出了問題，她想知道照片中放射狀的白色和粉紅色線條是什麼。她稱它們為「裝飾」，並詢問企鵝是如何製造它們的。

圖片來源：Stephen Roberts

Meyer-Rochow 去年還在博客裡回顧了這件事：「我當時解釋說，企鵝站起來，移到巢穴的邊緣，轉身，抬起尾巴，然後發射（糞便），這可以留下 30 到 40 釐米長的半液態軌跡。除了發問者外，其他所有人都笑了。她的臉紅了，靜靜地坐了下來。」（糞便的顏色取決於企鵝的飲食：如果主要是魚，糞便就是白色的。如果企鵝以磷蝦為食，糞便則呈粉紅色。）

不過 Meyer-Rochow 堅持認為這不是一個蠢問題，它促使自己仔細觀察了幻燈片，從中發現了幾張捕捉到企鵝排便瞬間的影像。測量糞便的噴射長度很簡單，估計地上高度和企鵝洩殖腔的位置同樣簡單。他甚至還了解到了企鵝糞的表面「粘性」程度。有了這些信息後，Meyer-Rochow 和他的合作者、匈牙利洛蘭德·埃特沃斯大學（Loránd E tv s University）的 Jozsef Gal 就能夠計算出將糞便從尾部噴射 30 至 40 釐米遠所需的力。然後他們再根據力的強度來估算實際情況中企鵝「發射」糞便所需的直腸壓力。

圖片來源：2003 年論文

這個被計算出來的數字是 10 - 60 千帕斯卡（ 0.1-0.6 個大氣壓，或每平方釐米 600 克），這一數值遠遠高於普通人類在排便時可以施加的壓力。Meyer-Rochow 說，這個數值的壓力相當於「是汽車輪胎壓力的至少一半」，他還補充道，「對於一個只有人類體積三分之一大小的小傢伙來說，這個數值非常驚人。」 但是，該研究並未解決為什麼糞便會向各個方向噴射卻沒有明顯方向性的原因。這取決於風向嗎？還是企鵝以某種方式「選擇」了將糞便噴向何處？這仍然是一個未解的謎題。

搞笑諾獎的續集

在最近公布的這篇論文中，日本高知大學（Kochi University）的 Hiroyuki Tajima 和高知縣桂浜水族館的 Fumiya Fujisawa 注意到，2003 年的論文只考慮了水平方向的噴射，但企鵝排洩時糞便射出的角度並不總是水平的，特別是當巢穴位於較高的地方，或者企鵝可能站在巖石上的時候。

圖片來源：2020 年論文

研究者使用牛頓方程計算得出，企鵝糞便的最大飛行距離為 1.34 米。他們也重新探討了實現這種軌跡所需的直腸壓力的問題，並發現它會比最初的估計值高一點。但是，他們指出，他們的簡化方程式並未考慮到糞便消化道和空氣中的流體動力學，「它們留待以後的工作」。

至於為什麼他們選擇重新審視企鵝噴射糞便時所涉及的物理學，作者這樣解釋：「這種（糞便噴射）爆發有時會使飼養員在水族館等飼養環境中感到尷尬。因此，了解它們的糞便究竟可以噴射多遠，實際上很重要。這樣的信息能使飼養者免於危機，也對於為飼養者避免此類事件的發生，提供新的指導思路。」

論文信息：

Projectile Trajectory of Penguin's Faeces and Rectal Pressure Revisited. Hiroyuki Tajima, Fumiya Fujisawa.

https://arxiv.org/abs/2007.00926v1

原文連結：

https://arstechnica.com/science/2020/07/poopy-projectiles-penguins-can-fling-their-feces-over-four-feet-study-finds/

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    看到這裡，大家一定會想知道這種鳥能將屎噴多遠呢？它們需要產生多大的壓力才能把屎噴出來呢？顯然，企鵝直腸所能承受的壓力遠高於人類。這一研究在 2005 年成功斬獲了當年的搞笑諾貝爾獎。對此 Meyer-Rochow 教授表示，「企鵝排便時的壓力至少是汽車輪胎壓力的一半，對於一個只有人類體積三分之一大小的小傢伙來說，這個數值非常驚人。
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    對企鵝來說，這意味著為了保護自己的巢穴，必須也在方便時發揮創造力。據Ars Technica網站報導，阿克尼索企鵝和阿德利企鵝都不願意把自己的蛋留在無人看管的巢裡，即使它們需要方便時也不例外。由於在巢中就地方便會弄髒自己的巢，所以企鵝會用屁股背對著巢外，發射排洩物，這樣既能保持巢的清潔，又不用把蛋單獨留下。
  • 壓力是人類的4倍,可以將粑粑射到1.34米外,企鵝真是又臭又可愛
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  • 壓力是人類的4倍，可以將粑粑射到1.34米外，企鵝真是又臭又可愛
    拉粑粑的時候也不挪窩，但是企鵝又不想把自己的巢穴弄髒，於是練就出了非常強大的內部壓力，以便把粑粑噴到外面。早在2003年，兩位物理學家就被鵝這種行為所吸引，並計算出了一個當時迫切需要解決的問題的答案：這些企鵝究竟能產生多大的壓力，才能把它們的糞便從巢穴邊緣推出去？答案：大約是人類能產生壓力的三倍。這篇論文為他們贏得了2005年的搞笑諾貝爾獎，也為那些痴迷於企鵝拉粑粑問題的人提供了答案。
  • 企鵝:我染的
    有幾個科學家曾對企鵝糞屎的噴射進行過理論分析，然後他們得了搞笑諾貝爾流體力學獎……至於為什麼是用「噴射」，而不是「拉」，一會兒你們就曉得了。相信大多數人沒有親眼看到過企鵝噴屎，先放一段視頻（吃飯的可以避讓一下……）看完企鵝視頻，大家一定會想知道這種鳥產生了多大的壓力才噴出來的（我不管，你們一定想知道），但顯然沒有關於這種壓力產生的公開數據。
  • 企鵝拉屎是「彩虹色」的,看完它的排洩方式,你會討厭上這種動物
    相信許多的小夥伴都喜歡動物吧，對於企鵝，大家的第一印象是什麼呢？呆萌、可愛，憨憨的感覺。人類對於企鵝的喜愛真的是非常極致了。甚至很多的人類都曾為了一堵企鵝的真容，前往南極旅行。在這片滿是冰的大陸上，正是企鵝們的天堂。
  • 企鵝拉屎是「彩虹色」的，看完它的排洩方式，你會討厭上這種動物
    ，看完企鵝的排洩方式，你可能會從此討厭起這種動物。企鵝們挺著圓圓的肚皮搖搖晃晃前行的樣子，確實讓人感覺非常可愛，但是企鵝這種動物，有個奇葩的特點，那就是排洩方式與眾不同。說是不同還不夠，甚至可以說是非常噁心。
  • 關於企鵝糞便這件事,比你想像中還要有用!
    時間一長，它們的巢周圍就會留下一道道條狀的痕跡，看看這些糞便組成的結晶，它們到底是用了多大的力氣在噴射啊！你別說，還真有人正兒八經地計算過。2013年，有一篇論文正兒八經地探討了企鵝排便所需要的壓強，當然了， 科學家們不能直接把企鵝連到壓力表上，他們只是對南極企鵝和阿德利企鵝進行了一番「暗中觀察」，收集了包括企鵝糞便飛行距離等各種參數。
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    蠢萌的企鵝無論什麼時候都顯得很可愛，不過，這大概不包括它們……噴屎的時候。
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  • 關於企鵝糞便這種東西,你可以了解更多……
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  • 美利用衛星觀測企鵝糞便研究南極生態
    新華社華盛頓12月11日電（記者周舟）美國航天局資助的一項研究給對地觀測衛星找到一項新用途：觀測企鵝糞便。這項研究看起來有點搞笑，但卻能幫助分析阿德利企鵝的飲食，並進一步研究南極洲生態環境。阿德利企鵝是生活在南極洲海岸及附近島嶼、體長70釐米左右的一種常見小型企鵝，以磷蝦、海洋魚類等為食。近來，阿德利企鵝的數量總體有所上升，但在部分地區大幅下降。美國斯託尼布魯克大學研究人員利用美國「陸地衛星」項目的衛星影像數據分析阿德利企鵝的情況，11日在美國地球物理學聯合會的學術會議上匯報了初步研究結果。
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    實際上，南極洲雖然只有一小部分植被，並且以地衣為主，但是這裡其實還有其他的顏色，比如鮮嫩的粉色，而造成這種獨特景觀的正是憨態可掬的企鵝。科學家們表示，南極洲的粉紅色來自企鵝的糞便，它們之所以擁有這樣獨特的生理反應，很大程度上離不開日常食用的磷蝦以及甲殼類動物。由於食物中含有大量的蝦青素，排洩出來的物質也會呈現出這種天然色素的顏色。
  • 科學家們說,企鵝糞便裡的笑氣讓它們發出了「咕咕」聲
    企鵝糞便釋放出如此多的笑氣，以至於科學家們都生病了。科學家們報告說，企鵝糞便裡的一氧化二氮含量過高，實際上會讓它們生病。一氧化二氮，也就是通常所說的笑氣，由蟻群的糞便釋放出來，其含量比有肥料的田地高100倍左右。哥本哈根大學的博·埃爾伯林教授說，挖掘出的一氧化二氮「真正強烈」的含量足以讓人「完全瘋了」。
  • 關於企鵝拉屎這件事,比你想像中還要有用
    所以每到交配季節，這些企鵝就會聚集在一起。他們齊心協力地朝冰面噴糞，為孩子們開闢著育嬰場。撅起屁股，身子稍微向前傾，再抬起尾羽，它的糞便就能被投射到方圓40釐米開外。要知道，企鵝的身高也就60釐米左右。而靠著研究阿德利企鵝排便的壓強，研究人員還獲得了2005年的搞笑諾貝爾獎。
  • 重口味企鵝糞便 比你想像中更重要
    有一件事卻被一直忽略，那就是企鵝和海豹們富含氮的糞便所能發揮的作用。營養豐富的企鵝便便若是身在南極，你一定會感到崩潰——企鵝糞便實在太重口味。正是磷蝦身上的天然色素——蝦青素，染紅了企鵝們的便便。於是，又腥又臭的企鵝屎味兒，幾乎讓每位踏上過南極的人永生難忘。十多年前，中國科技大學孫立廣教授獨創了「企鵝考古法」，開拓了「全新世南極無冰區生態地質學」這一新的研究領域。「磷蝦中有奇高的氟含量，使企鵝作為載體將海洋食物中的元素轉移到糞便中，進而進入沉積土層中。」 孫立廣告訴科技日報記者。
  • 企鵝這些年騙得我們好苦！它們根本不是什麼好鵝
    企鵝這些年騙得我們好苦！它們根本不是什麼好鵝3模樣。一是忘不了他們可愛憨厚的樣子，二是只要聞過它們拉的屎，那股臭味一輩子都將在腦海中揮之不去。這是因為，企鵝拉的屎非常多，已經多到可以從太空用衛星觀測的地步。