科學(xué)研究：排便力量是人類(lèi)3倍，企鵝便便又一次被寫(xiě)成了論文


圖片來(lái)源：arstechnica.com
大自然是殘酷的，因此在育雛的過(guò)程中，帽帶企鵝（Chinstrap Penguin）和阿德利企鵝（Adélie penguin）不愿將卵不加保護(hù)地留在巢中，即使是在排便的時(shí)候，也不會(huì)走開(kāi)。但是它們同時(shí)也不想讓糞便污染巢穴。因此在孵化時(shí)，它們會(huì)彎腰向下，使其下半身探出巢穴，然后抬起尾巴，噴出一坨糞便。這種方式同時(shí)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(xué)家被這種行為吸引了，并且想要通過(guò)計(jì)算來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題：這些企鵝在排便時(shí)可以產(chǎn)生多大的壓力來(lái)推動(dòng)其糞便遠(yuǎn)離巢穴？答案是大約為人排便時(shí)的三倍。那篇論文幫助他們斬獲了 2005 年的搞笑諾貝爾獎(jiǎng)，為那些癡迷于企鵝便便的人贏得了永久的榮譽(yù)?，F(xiàn)在，2 名日本科學(xué)家對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了重新探討：他們計(jì)算了企鵝糞便排出時(shí)的軌跡，并重新計(jì)算了直腸壓力。該研究已經(jīng)在預(yù)印本平臺(tái) arXiv 上公布。
根據(jù)2003年論文的合著者、日本發(fā)光生物研究所（Research Institute of Luminous Organisms）Victor Benno Meyer-Rochow 的說(shuō)法，這個(gè)神奇研究的起點(diǎn)是他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在南極洲進(jìn)行的一次探險(xiǎn)。他當(dāng)時(shí)只是想收集當(dāng)?shù)氐暮Ｑ笕湎x(chóng)和被一種稱(chēng)為春蟲(chóng)的微小陸生昆蟲(chóng)的樣本，以作進(jìn)一步研究，但他還是為該地區(qū)的企鵝拍攝了大量照片，并將其用于演講中。在日本北里大學(xué)舉行的一次研討會(huì)上，一名年輕女子對(duì)Meyer-Rochow一張企鵝在巢中孵卵的幻燈片提出了問(wèn)題，她想知道照片中放射狀的白色和粉紅色線條是什么。她稱(chēng)它們?yōu)椤把b飾”，并詢(xún)問(wèn)企鵝是如何制造它們的。


圖片來(lái)源：Stephen Roberts
Meyer-Rochow還在博客里回顧了這件事：“我當(dāng)時(shí)解釋說(shuō)，企鵝站起來(lái)，移到巢穴的邊緣，轉(zhuǎn)身，抬起尾巴，然后發(fā)射（糞便），這可以留下30 到40厘米長(zhǎng)的半液態(tài)軌跡。除了發(fā)問(wèn)者外，其他所有人都笑了。她的臉紅了，靜靜地坐了下來(lái)?！保S便的顏色取決于企鵝的飲食：如果主要是魚(yú)，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(guò)Meyer-Rochow堅(jiān)持認(rèn)為這不是一個(gè)蠢問(wèn)題，它促使自己仔細(xì)觀察了幻燈片，從中發(fā)現(xiàn)了幾張捕捉到企鵝排便瞬間的影像。測(cè)量糞便的噴射長(zhǎng)度很簡(jiǎn)單，估計(jì)地上高度和企鵝泄殖腔的位置同樣簡(jiǎn)單。他甚至還了解到了企鵝糞的表面“粘性”程度。有了這些信息后，Meyer-Rochow和他的合作者、匈牙利洛蘭德·埃特沃斯大學(xué)（Loránd E?tv?s University）的Jozsef Gal就能夠計(jì)算出將糞便從尾部噴射30至40厘米遠(yuǎn)所需的力。然后他們?cè)俑鶕?jù)力的強(qiáng)度來(lái)估算實(shí)際情況中企鵝“發(fā)射”糞便所需的直腸壓力。


圖片來(lái)源：2003 年論文
這個(gè)被計(jì)算出來(lái)的數(shù)字是10-60千帕斯卡（0.1-0.6個(gè)大氣壓，或每平方厘米600克），這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通人類(lèi)在排便時(shí)可以施加的壓力。Meyer-Rochow說(shuō)，這個(gè)數(shù)值的壓力相當(dāng)于“是汽車(chē)輪胎壓力的至少一半”，他還補(bǔ)充道，“對(duì)于一個(gè)只有人類(lèi)體積三分之一大小的小家伙來(lái)說(shuō)，這個(gè)數(shù)值非常驚人?！?但是，該研究并未解決為什么糞便會(huì)向各個(gè)方向噴射卻沒(méi)有明顯方向性的原因。這取決于風(fēng)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(gè)未解的謎題。
搞笑諾獎(jiǎng)的續(xù)集
在最近公布的這篇論文中，日本高知大學(xué)（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，但企鵝排泄時(shí)糞便射出的角度并不總是水平的，特別是當(dāng)巢穴位于較高的地方，或者企鵝可能站在巖石上的時(shí)候。


圖片來(lái)源：2020 年論文
研究者使用牛頓方程計(jì)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(shí)現(xiàn)這種軌跡所需的直腸壓力的問(wèn)題，并發(fā)現(xiàn)它會(huì)比最初的估計(jì)值高一點(diǎn)。但是，他們指出，他們的簡(jiǎn)化方程式并未考慮到糞便消化道和空氣中的流體動(dòng)力學(xué)，“它們留待以后的工作”。
至于為什么他們選擇重新審視企鵝噴射糞便時(shí)所涉及的物理學(xué)，作者這樣解釋?zhuān)骸斑@種（糞便噴射）爆發(fā)有時(shí)會(huì)使飼養(yǎng)員在水族館等飼養(yǎng)環(huán)境中感到尷尬。因此，了解它們的糞便究竟可以噴射多遠(yuǎn)，實(shí)際上很重要。這樣的信息能使飼養(yǎng)者免于危機(jī)，也對(duì)于為飼養(yǎng)者避免此類(lèi)事件的發(fā)生，提供新的指導(dǎo)思路?！?br> 撰文：JENNIFER OUELLETTE
翻譯：賈楠
審校：魏瀟
引進(jìn)來(lái)源：arsTECHNICA
引進(jìn)鏈接：https://arstechnica.com/science/2020/07/poopy-projectiles-penguins-can-fling-their-feces-over-four-feet-study-finds/
本文來(lái)自：環(huán)球科學(xué)


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