為什麼哺乳動物排尿時間都是21秒？他靠這個發現獲搞笑諾貝爾獎

為什麼哺乳動物排尿時間都是21秒？他靠這個發現獲搞笑諾貝爾獎！

文章來源：一條

ID：yitiaotv

編輯：捌條

胡立德，科學家，華裔。

他的研究非常「另類」：

人和動物的尿、袋熊的屎、貓舌頭、狗甩水……

2016年，他的3項研究，

被列入「美國最浪費的20個科學項目」名單中。

上：胡立德在辦公室（圖片來自 New York Times ，攝影：Melissa Golden）下：在2015年搞笑諾貝爾獎頒獎典禮上

然而他先後兩次獲得了在哈佛大學頒發的

「搞笑諾貝爾獎」，

頒獎者都是貨真價實的諾貝爾獎得主。

此外，他還獲得了「中國版搞笑諾貝爾獎」 ——

菠蘿科學獎3次。

胡立德的父母是第一代移民，

對他說的最多的話是要對萬物保持好奇心。

中國文化的底蘊、父母的引導、對自然的熱愛，

都給他帶來不同的思路，

做跟別人不一樣的研究，走別人沒走過的路。

9月中旬，一條與胡立德視頻連線，

聊了聊他看似搞笑、實則深刻的研究，

以及好奇心教育對一個人的長遠影響。

自述 胡立德 編輯 餘璇

（圖片來自 New York Times ，攝影：Melissa Golden）

喬治亞理工大學是美國三大理工院校之一，胡立德是學校裡唯一的一位跨機械工程系和生物系的教授。

不過他看起來既不威嚴也不冷酷，踩著拖鞋上課，和學生疊羅漢拍照，甚至翻著空翻上臺領獎，最愛的遊戲是超級瑪麗。

因為要做仿生學的研究，實驗室裡養了不少動物：火蟻、蛇、蚊子、袋熊……有時候好幾天不去實驗室，蛇就會打破玻璃櫃，從門縫底下遊出去。「有一些同事他們怕死了，走在外面看到蛇，就會喊：哇！這是胡立德的研究。然後我會去把它們抓回來。」

說起蛇，胡立德的妻子範佳還記得當年兩人去參加朋友聚會，他帶著一條2米多的蛇，掛在脖子上，大搖大擺地走進來：「這和帶著一條狗沒有兩樣。」

胡立德在2015年搞笑諾貝爾獎頒獎典禮上。搞笑諾貝爾獎有近三十年的歷史，每年評選一次，在哈佛大學頒發。口號是：「研究先讓你笑，然後思考。」（圖片來自網絡）

胡立德也留過長發，會梳著和女兒一樣的羊角辮出門，「科學家應該在所有地方做實驗，甚至髮型」。如今剛過不惑之年的他，雖然髮際線在後退，心裡卻仍保持著少年時旺盛的好奇心。

他最近的兩篇學術論文是關於袋熊……的糞便：「為什麼袋熊的大便是方形的？」這一發現讓他再次獲得了2019年的搞笑諾貝爾獎。在頒獎大會上，胡教授和隊友們一臉認真地宣布：「現在終於證明，圓形的通道也能生產出方形的物品！」眾人鬨笑。

袋熊和它的方形糞便。研究發現，袋熊大腸的腸壁厚度不均，其中有兩個地方比較硬，糞便經過時就會被擠壓出稜角。

現在，胡立德與範佳、一兒一女生活在美國南部。一條近日與他們進行了一次視頻連線。

採訪時，一家四口都在，哥哥還把在家門口撿到的一隻蟬殼拿來「秀」了一番，以及胡立德從番茄樹上抓下來存在泡菜罐子裡的蟲。範佳說，孩子們從小看著爸爸匪夷所思的行為長大，對一切也充滿了好奇。

以下是胡立德的自述。

換尿布提供的靈感

我是胡立德，平時教書，做研究，寫科普書，周末和我的兩個小孩一起下棋、擊劍。

模仿狗、人類和犀牛排尿的實驗

9年前有一天，我在給兒子換尿布，他突然就開始尿了，於是我量了量他尿的時間和我自己尿的時間，竟然差不多。我繼續去到動物園去看，結果發現從小狗到大象，哺乳動物排尿的平均時長都是21秒，哪怕膀胱的大小差了100倍！

「為什麼哺乳動物的排尿時間是21秒」——這個發現讓我第一次獲得搞笑諾貝爾獎。

有一個日本的泌尿醫生看到後說，哦這個很厲害。平時他們會用一個很貴的機器來測量人尿的速度，但現在他們可以從排尿時間來判斷一個人的膀胱是否健康。

我第一次見到我太太的時候，她帶著前男友送的情人節禮物——一隻咖啡色的貴賓犬。

我跟它雖然互不喜歡，但它的甩水能力讓我驚訝。我就開始利用高速攝像機研究狗甩水的速度，以及其他不同體積的動物的甩水能力，再延伸到對生活中洗衣機甩乾衣服的思考。

被雨滴擊中的蚊子。因為蚊子會隨著雨滴傾斜身體或隨雨滴一同下落，故而不會被雨滴砸死。

有時候我會和兒子一起在外面看下雨，他會被蚊子叮。在我看來，蚊子在下雨天飛是很奇怪的事情。因為一隻蚊子和一滴雨滴差不多大，但雨滴比蚊子重50倍，而且它們的速度很快。蚊子被雨滴撞到，就像人被車子撞到，但它們絕大多數情況下都毫髮無傷。所以我就開始研究蚊子為什麼不會被雨滴砸死。

我的很多研究是從生活中獲得的啟發。這些發現，可以影響不同的領域。

蚊子的研究有助於微型飛行器的開發（圖片來自 Harvard University）

本科時我曾幼稚地以為，幾乎所有的科學問題都已經有了答案。後來讀到博士才發現，人類只是解答了很小一部分自然的奧秘，許多看似簡單的問題，往往最難解答。動物自然而然的行為和身體形狀背後，往往有著很深的科學道理。

你研究動物要想，做這個事最厲害的是誰？在清潔上，貓就是最厲害的。貓一天睡16個鐘頭，但它們會花3個小時清潔身體。因此我們開始研究貓的舌頭。

從左到右，這些舌頭屬於：貓、北美野貓、美洲獅、雪豹、老虎和獅子

世界上有30多種貓科動物，獅子的舌頭跟人頭一樣大，家貓的舌頭跟人的小拇指一樣大。它們的舌頭上都有290多個舌突起，每個舌突起上有一個小吸管，可以自然地吸收唾液，貓咪們每次舔自己，就會有一些唾液作用在毛髮上，水不會被浪費。因此，貓只需要3勺唾液，就能把自己弄得很乾淨。相比之下，人洗一次澡需要10升水。

我們還從貓舌頭獲得的靈感，設計了一把仿生的梳子——用3D印表機列印了40根類似於貓舌突起一樣的齒，放在柔軟的矽膠上。這把梳子不會纏住頭髮，並且非常好清潔。

在菠蘿科學獎頒獎典禮上，胡立德扮演成貓咪上臺領獎

中國人很看重吃飯，像我父母會自己做豆漿、包子、餃子。我最近的研究，就是炒飯的方法。我們去炒飯店，用高速攝像機拍大廚炒飯的技術，用那個溫度炒飯，你真的不能停下來，要極速把這個飯一直在空中「飛」，不然就會燒焦。

其實很多公司想要讓機器人來做廚房的工作，如果開發做炒飯的機器，溫度一定要高，而且飯鍋需要上下左右地搖，而不是像洗衣機那樣滾。

正在動物園測量排尿的學生們

這些實驗聽起來搞笑，實際挺難的。比如要量一個動物排尿的容積，你可能會想把杯子放在它底下，它肯定認為你很奇怪，不會尿，或者逃跑。而研究蚊子的時候，為了讓它們活著，我們只能每天把胳膊伸進玻璃櫃裡讓它們飽餐一頓。

2016年5月，我意外發現自己上了電視。有個美國參議員列了一個名單，把我的3項研究都歸到當年「最浪費的20個科研項目」中，我突然成了「最浪費科學家」。

其實我的大部分實驗都很便宜。再說，當你還不知道結果時，怎麼能說研究的過程是浪費呢？

從此，我決定把科普作為自己的第二職業，到處做演講，還寫書，向大眾介紹我們的科學研究。

在我的新書《如何水上漂和飛簷走壁？》（How to Walk on Water and Climb up Walls：Animal Movement and the Robots of the Future）裡，讀者可以讀到這20年來最有趣的仿生科學研究，以及科學家是如何提問，如何做實驗，尋找答案和解決問題的。

有些東西是錢不能比的

當科學家是一條很長的路。

本科、研究生、博士後、副教授，差不多15年，沒有太穩定，明年不知道在哪。其他的朋友都已經開始賺錢了，我還在上學。但我的父母對我說，如果你可以做一個科學的貢獻，那真的是錢不能比的。我覺得賺的錢夠自己生活，就夠了。

幼年胡立德與父母合影

我父母都是移民，他們讀研究生的時候從臺灣來到美國，壓力都很大，我媽媽說她是「背水一戰」。他們是搞化學研究的。

我出生的時候，他們每天還在讀書，每天去實驗室，所以我一出生進入的就是科學的世界。

5、6歲的時候，媽媽周末會帶我去實驗室。我還記得她教我做細菌培育實驗，把唾沫吐在一個瓶子裡，細菌會越長越多。

後來我考進了馬裡蘭州的「天才班」。那是從小學四年級開始，在每個學校招成績最好的人，一個班招20個。

天才班時的胡立德（第二排左一）

當時在天才班，我們有一個比較大的項目，就是寫自己的書。我都無法想像一個10歲的小孩，真的可以寫出200頁的書。我記得那是我第一次熬夜，自己定題目，自己做研究，自己打字、畫圖。我媽媽看我那麼用功，她也沒有睡覺，起來幫我把照片貼起來，第二天她還要上班。但她從來不抱怨。

我的父母把我養得很自由，大部分時間讓我自己玩，自己學。我最深刻的記憶就是小時候我媽媽在讀書，我看她讀那麼多書，我也讀。她不會和我說這個東西太難了不要做，如果要做，就自己做。

考大學的時候，我拿了兩份offer，其中有一份來自卓克索大學醫學院。在美國，大部分的學生都希望能考進醫學院，未來當醫生，但我最後還是選擇了麻省理工，想做基礎的科學研究。其實我爸爸是一個很傳統的人，我很怕他會說我，但他沒有。

正在體操表演的胡立德

進入麻省以後，本科階段我試了5個不同的專業，哲學系、生物系、數學系……真的考慮很多，在想什麼專業是最好的，後來我決定走自己的路。

我當時有參加體操隊。體操隊的朋友們很有意思，有一些人畢業後直接去太陽馬戲團工作。我看著他們，就明白其實選擇什麼樣的工作都可以。做體操跟做科學，同樣需要創造力。

我本科的導師、導師的導師，也都獲過搞笑諾貝爾獎。用應用數學來分析「怎麼拉床單是不會有皺紋」，「扎馬尾辮的人跑步時頭髮是怎麼甩動的」……他們都認為，所有的生活都可以當作科學來研究。

我想這樣的主意如果你學了，一輩子都不會覺得無聊。

好奇心和獨立

我做的都是仿生的研究，因為從小受爸爸媽媽影響，覺得大自然有很多秘密可以教我們。蟲子為什麼可以在水上行走，蛇怎麼「飛」，魚死掉了為什麼還可以遊泳……

少年時和家人一起露營

小時候，我們一家人經常去露營，去釣魚。有一次在高速公路上，我爸爸看到邊上躺著一隻鹿，這隻鹿身體還有點溫暖，可能晚上被撞了。他就想把這個鹿帶回家解剖一下，全家可以吃鹿。後來我們費了好大力氣，終於把這頭鹿裝進車子裡面，讓它「坐」在我妹妹的旁邊，一連坐了3個小時。那是我第一次解剖那麼大的動物。

我爸爸花了20年，在院子裡種了二十三四棵水果樹。他用各種奇怪的方法來養樹，比如在樹上貼一點肥皂，防止鹿來啃樹，也會「餵」 廚餘垃圾給他的樹吃。

我特別感謝我的父母給我保有了我的好奇心，沒有讓我覺得好奇心是不賺錢的。

胡立德與妻子範佳

我的太太範佳，她是成都人，研究生時來的美國，現在是一名數據科學家。

有一些社會行為規範，我太太覺得我沒有，「讓人匪夷所思」。不過我們會比較理性、科學地對待一些問題，這樣生活沒有那麼心累。

我們倆結婚之前，都是那種特別以自我為中心的人。結婚時我們差不多三十歲，但自我感覺和行為習慣差不多只有23、24歲。用我太太的話說，「養小孩10年，就突然老化15歲」。養小孩成為我們自己成長的一部分。

疫情期間，和孩子們在家裡運動

養小孩是兩個人的合作。我太太在廚房是老大，每天做晚餐，一頓三四個菜，都是川菜，她通常會等孩子睡了後，再工作2～3個小時。我會接小孩、洗衣服、給院子割草、洗碗、倒垃圾。

在周末空餘時間，我會跟小孩一起下棋、擊劍。總的來說，華裔非常重視教育，對孩子的要求也比較嚴格，但我們肯定沒有北京、上海的一些家長那麼誇張。

太太跟我說：「為什麼小孩問你那麼多問題，而不是問我？」因為我真的會給他們一個真的答案。

我兒子最近問的是，男生為什麼要跟女生喜歡親，我問他：「你要跟女生親了嗎？」他說不要不要。我說等以後你的身體會變化，你就會覺得這個事情很美麗。

有時候小孩子問的問題真的很深，我也不知道答案，但是可以給他們一個角度討論。如果可以保持他們的好奇心，我覺得那我已經成功了。

我覺得所有的小孩創造力都很大，如果我小孩未來選了科學，那也是很好的路。

好奇心和獨立，如果你有了這兩個東西，什麼問題都可以面對。

最後來做個有趣的小測試吧！

1.狗、大象、人類，誰的排尿時間最長？

A 狗

B 大象

C 人類

D 都一樣

2.淋溼的狗搖擺幾次可以甩幹身上的水分？

A 1次

B 4次

C 6次

D 搖到頭暈都幹不了

3.蚊子會被雨滴砸死嗎？

A 會

B 不會

4.蜜蜂如何清理自己滿是花粉的身體？

A 到水裡洗一洗

B 相互舔乾淨

C 用腿刷毛

D 被風吹掉

E 不清理

5.下雨時，走路和跑步哪個能讓你的頭少淋點兒雨？

A 走路

B 跑步

C 都差不多

答案

D、B、B、C、B

1.為什麼哺乳動物平均排尿時長是21秒？

答：泌尿系統是一個很簡單的系統，由膀胱和尿道組成，尿道長度和膀胱直徑的比例約為18：1。假設一條尿道是一條高速公路，尿液分子就是汽車，路越寬，通過的車越多。以大象為例：大象的尿道直徑為3釐米，跟人的手腕一樣粗，流量自然更大。另外，更長的尿道受到地球引力作用也更大。大象的尿道有1米長，尿液分子下落的速度也更快。

2.淋溼的狗搖擺幾次可以甩幹身上的水分？

答：4次。一隻30公斤的狗，它的毛髮裡可以藏半公斤水。這些水分會吸收它身體的熱量，消耗掉它一天進食量中1/5的能量。所以讓身體保持乾燥，對哺乳動物來說非常關鍵。1秒鐘，狗可以甩水4次，去掉身體70%的水分，其加速度幾乎是地球重力加速度的20倍，比賽車轉彎的加速度還要大。此外，他們的毛髮也很容易幹。

3.蚊子為什麼不會被雨滴砸死？

答：蚊子在被雨滴砸中時，會做一套高難動作緩和衝擊力。如果砸中的是翅膀，蚊子就會向那一側傾斜50度，讓水滴順翅膀滑走。而如果正中身體，蚊子則迅速隨著水滴一起下落。由於蚊子體表有大量的疏水細毛，它並不會和水滴融為一體，在下落過程中也能自由調整姿態，很快就能和雨滴側向分離，恢復正常飛行。根據計算，假如落在地面的蚊子被雨滴砸中，力道相當於蚊子自身體重的10000倍，足以致命；但在空中被砸到的蚊子，力道就只有體重的50～300倍，很容易恢復過來。

4. 蜜蜂是如何清理自己滿是花粉的身體？

答：一隻蜜蜂每天要採的花粉是它自己重量的1/3。在這個過程中，它整個身體都可以被花粉覆蓋。但它兩分鐘內就可以把自己完全清潔乾淨。首先，蜜蜂的毛之間的距離，跟一顆花粉的直徑一樣，這樣花粉會被卡在毛髮的表層，比較容易清潔。其次，因為蜜蜂身體的毛很硬，這些毛就像彈簧一樣。每次它用腿刷毛，毛會把灰塵彈開。

5.下雨時，走路和跑步哪個能少淋點兒雨？

答：如果你跑得快，淋在頭上的雨會少一點，因為你在雨中停留的時間會比較短，但是砸臉上的雨就會更多。