都是舔水喝，狗和貓有什麼區別？

出品：科普中國

製作：蘇澄宇

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

一眼看過去，你會覺得貓和狗喝水沒什麼區別，都是用舌頭舔。

△圖源：Antranik.org、Dogster

狗和貓之所以選擇舔水，而不是吸水，是因為貓狗等食肉動物的面部肌肉和人類比，少了太多，在斷奶之後不能密封口腔來產生吸力，所以必須依靠舌頭將水送入口中。

△狗的面部肌肉群圖源：Worldbuilding Stack Exchange

△人類的面部肌肉群 圖源：Pinterest

如果光是簡單觀察貓和狗喝水，並沒什麼太大的差別，都是把舌頭伸出來，然後做出舔舐的動作。

但如果引入了流體力學的研究方式，你就會發現，貓和狗喝水的方式並不一樣。

貓是如何喝水的？

1940年，美國洛杉磯的大使酒店舉辦了第12屆奧斯卡金像獎頒獎典禮，那年，大衛·O·塞爾茲尼克製作的《亂世佳人》獲得了包括最佳影片的13個獎項，無疑是當年的最大贏家。這和貓舔水有什麼關係？我想說的並不是《亂世佳人》，而是那年的奧斯卡的最佳短片《眨眼之間（ Quicker 'n a Wink ）》。

△Quick』n a wink 拍攝劇照 圖源：the guardian

這個短片介紹了一種攝影技術——頻閃攝影，這是一種藉助電子閃光燈的連續閃光，在畫面上記錄物體的連續運動過程。因為一瞬間的動作，在頻閃的作用下，幾十個影像會同時出現在畫面上，所以可以展示出人肉眼無法看到運動過程。

在短片裡面，展示了不同物體的慢動作，比如雞蛋落在槳葉上被打碎的一瞬間，細針戳破氣泡的剎那等等。其中，在4分30秒的時候，展示了一隻黑白小貓的舔奶過程。通過頻閃攝影，貓的高速舔奶瞬間以慢動作的方式展現了出來。

△視頻來源：quick』n a wink

不過這個視頻離解答貓是如何舔水的問題，還差得遠呢！這畢竟只是一個短片，展示的只是一個抽象的過程，並沒有數據化的表述過程，算不上科學，要知道這可是科普文章。

Pedro M. Reis是一位物理學教授，他對貓如何舔水這個問題很感興趣，在看了上面介紹的頻閃攝影短片後，2010年，他做了一個貓舔水的流體力學研究。他先找來了10隻貓，並用高速攝影機捕捉它們舔水的每一個細節，進而轉化為數據來分析。

下面幾張圖展示的是高速攝影機拍下的貓舔水過程：

△圖源：文獻1

你會發現，在單次舔水的過程中，貓的舌尖並不是伸進液體裡把奶舀進嘴裡。而是將舌尖捲曲類似於一個平面，然後靠短暫地接觸液面，把水穩定「帶」到3cm的高度，在水因為重力作用下墜之前，把嘴合上，把滯空的水柱含住。這麼反反覆覆舔11次，便完成了喝水的過程。

下圖是貓舔水的頻率（舔的動作是從舌頭的伸出開始，到關上嘴巴），你可以看到舔的頻率是相當穩定的，大概是每隔0.25s舔一下。

△圖源：文獻1

舔水的最大速度約是78cm/s（下圖）。

△圖源：文獻1

水是如何被舌頭帶上來的呢？科學家認為，當舌頭以一定的速度接觸液體並離開的時候，水具有一定的粘性，動量的傳遞會讓一部分水因慣性帶離水面，就像汽車剎車的時候會把人甩出去一樣。上升過程中因為有重力，水的上升速度不斷減慢，只能到達一定高度。在整個作用力分析中，粘滯力和毛細管力可以忽略不計。

所以說貓在舔水的時候，不是用舌頭把水舀進嘴裡，而是通過慣性，把水帶上來，再含住。而貓舔水的頻率剛剛好在慣性和重力之間進行了完美的平衡，如果再快一點或者再慢一點都不能喝到最多的水。

△貓舔水慢動作 圖源：KQEDdeeplook

為了驗證自己的想法是對的，即貓舔水的頻率是由重力和慣性決定的，科學家做了一個模型來復刻舔水瞬間，模型上圓盤的大小和貓舌頭接觸液面的面積大小一樣。這個模型會垂直接觸水的表面，通過改變接觸面的大小和速度，來觀察這兩個因素對被帶上來的水的體積的影響。

△圖源：文獻1

然後科學家發現，只有以貓舔水的速度和頻率接觸並離開水面的時候，上升的水柱體積才是最大的。所以說，貓舔水的方式是最科學的，雖然貓並不知道什麼是科學。

然後科學家通過Youtube觀察了其他貓科動物，比如老虎、獅子、美洲獅等，結果發現貓科動物的舔水都是有規律的，並且符合一個公式：

f=4.5M^−0.14，f是頻率，M是動物的質量，單位是千克。公式可以簡單理解為，越重的貓咪，舔水的頻率越低。

狗是如何喝水的？

狗舔水可沒有貓咪那麼優雅了。同樣地，科學家也是通過高速攝影機對狗狗舔水進行觀察。在高速攝影下，可以觀察到狗舔水的基本機制和貓差不多，都是舌尖向後彎曲，然後快速地接觸水面，把水給帶上來。

△狗舔水慢動作 圖源：Reddit

△圖源：文獻2

為了更清晰地看到水是如何進入狗口中的，科學家甚至動用了X光機進行拍攝。既然用了X光機，狗喝的水肯定也不是普通的水了，而是混合了鋇和奶的混合物。這下可以清晰地看到，狗也是利用慣性，用舌頭把水給「引」上來的。

△圖源：文獻2

但狗舔水不同的地方是，狗舔水會把舌頭更深地伸入到水裡面，再把舌頭縮回來的時候，這時就會濺出很多的水花。也因為狗舔水舌頭進入水更深，因此給人一種狗是用舌頭把水舀起來的錯覺。

△圖源：VOAnews

總結一下，雖然貓和狗的舔水機制一樣，但狗舔水的時候，控制不好舌頭進水的深度，會打出一個水花，這時候就有可能搞得自己和地板都溼漉漉的；而貓舔水的時候，則會是相對穩定的水柱，動作顯得很乾淨。打個比方，如果說貓咪是跳水運動員，壓得住水花，那麼狗子就是一個普通人跳水。

看來，貓比狗優雅是真的科學，喝水壓水花就可以看得出來。

參考文獻：

1、Reis P M, Jung S, Aristoff J M, et al. How cats lap: water uptake by Felis catus[J]. Science, 2010, 330(6008): 1231-1234.

2、Crompton A W, Musinsky C. How dogs lap: ingestion and intraoral transport in Canis familiaris[J]. Biology letters, 2011, 7(6): 882-884.