科學研究：排便力量是人類3倍，企鵝便便又一次被寫成了論文


圖片來源：arstechnica.com
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）不愿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污染巢穴。因此在孵化時，它們會彎腰向下，使其下半身探出巢穴，然后抬起尾巴，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，并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，為那些癡迷于企鵝便便的人贏得了永久的榮譽?，F(xiàn)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，并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(fā)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(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么。她稱它們?yōu)椤把b飾”，并詢問企鵝是如何制造它們的。


圖片來源：Stephen Roberts
Meyer-Rochow還在博客里回顧了這件事：“我當時解釋說，企鵝站起來，移到巢穴的邊緣，轉身，抬起尾巴，然后發(fā)射（糞便），這可以留下30 到40厘米長的半液態(tài)軌跡。除了發(fā)問者外，其他所有人都笑了。她的臉紅了，靜靜地坐了下來。”（糞便的顏色取決于企鵝的飲食：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(fā)現(xiàn)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泄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。有了這些信息后，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厘米遠所需的力。然后他們再根據力的強度來估算實際情況中企鵝“發(fā)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，或每平方厘米600克），這一數值遠遠高于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于“是汽車輪胎壓力的至少一半”，他還補充道，“對于一個只有人類體積三分之一大小的小家伙來說，這個數值非常驚人。” 但是，該研究并未解決為什么糞便會向各個方向噴射卻沒有明顯方向性的原因。這取決于風向嗎？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(xù)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，但企鵝排泄時糞便射出的角度并不總是水平的，特別是當巢穴位于較高的地方，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(xiàn)這種軌跡所需的直腸壓力的問題，并發(fā)現(xiàn)它會比最初的估計值高一點。但是，他們指出，他們的簡化方程式并未考慮到糞便消化道和空氣中的流體動力學，“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所涉及的物理學，作者這樣解釋：“這種（糞便噴射）爆發(fā)有時會使飼養(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，實際上很重要。這樣的信息能使飼養(yǎng)者免于危機，也對于為飼養(yǎng)者避免此類事件的發(fā)生，提供新的指導思路。”
撰文：JENNIFER OUELLETTE
翻譯：賈楠
審校：魏瀟
引進來源：arsTECHNICA
引進鏈接：https://arstechnica.com/science/2020/07/poopy-projectiles-penguins-can-fling-their-feces-over-four-feet-study-finds/
本文來自：環(huán)球科學


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