粪便投射物:研究发现,企鹅可以将粪便扔到4英尺以上

2020-07-05 02:53:23

大自然是一个残酷的地方,所以在孵化过程中,chinstrap和adélie企鹅不愿把它们的蛋无人看管地留在巢中,甚至连自己也不愿解手。但人们也不希望自己的巢穴被粪便弄脏。因此,孵化中的企鹅会蹲下来,把尾巴指向远离巢穴的地方,抬起尾巴,让粪便飞来飞去-从而既确保了蛋的安全,又保证了巢穴的清洁。

早在2003年,两位勇敢的物理学家就被这种行为迷住了,他们受到启发,开始计算一个紧迫的问题的答案:这些企鹅到底能产生多大的压力来将它们的粪便推离巢穴的边缘?答:压力大约是一个人所能产生的压力的三倍。这篇论文为他们赢得了2005年搞笑诺贝尔奖,并在那些痴迷于拉屎企鹅的人中获得了持久的荣誉。现在,一对日本科学家参与了这件事,他们计算了排出的粪便的抛射轨迹,并重新计算了直肠压力。这些科学家在他们发布在物理学杂志arxiv上的一篇新的论文草稿中报告了他们的发现。

日本发光生物研究所的Victor Benno Meyer-Rochow是2003年论文的合著者之一,他说,这些粪便发现都始于他带领的一次南极洲探险。虽然他正在收集当地的海洋蠕虫和称为跳虫的微小陆地昆虫的样本以供进一步研究,但他也拍摄了该地区许多企鹅的大量照片,他在演讲中使用了这些照片。在日本北里大学(Kitasato University)的一次研讨会上,一名年轻女子询问了一张幻灯片,幻灯片上有一只企鹅在巢中孵化,对向外辐射的白色和粉色线条感到好奇。她把它们解读为装饰品,并问企鹅是怎么做的。

迈耶-罗肖在2019年的一篇博客中写道:我解释说,企鹅站起来,移动到巢边,转过身,抬起尾巴,然后从后面射出,留下一条30-40厘米长的半液体白色物质。每个人都笑了--除了提问者。她脸红了,静静地坐了下来。(粪便的颜色取决于企鹅的饮食:如果主要是鱼,粪便是白色的。如果企鹅一直在享用磷虾,粪便就会呈现粉红色。)。

迈耶-罗肖坚持认为这不是一个愚蠢的问题,特别是因为它促使他仔细看了他的幻灯片,他在幻灯片中发现了几张捕捉企鹅大便中间的照片。测量从巢中扇开的条纹的长度是一件足够简单的事情。估计泄殖腔离地面的高度和开口-企鹅排便的开口-也同样简单。他还测定了企鹅粪便的表面粘性。有了这些信息,Meyer-Rochow和他的合著者,匈牙利Loránd Eötvös大学的Jozsef Gal,能够计算出将粪便推进30-40厘米所需的力。然后,他们使用这个数字来估计企鹅必须施加多大的压力才能把它们的粪便从巢中射出。

答案是:企鹅体内的压力可以达到10至60千帕斯卡(0.1至0.6大气压,或每平方厘米600克),明显高于人类排便时的平均压力。迈耶-罗肖说,这种压力至少相当于我们的汽车轮胎压力的一半,并补充说,对于一个只有人类三分之一大小的小家伙来说,这已经不坏了。然而,这项研究没有解决为什么条纹从巢穴向四面八方辐射,没有明显的偏好。这取决于风向,还是企鹅不知何故会选择把粪便扔到哪里?这仍然是一个悬而未决的问题。

在这篇最新的论文中,日本高知大学的Hiroyuki Tajima和日本高知Katsurahama水族馆的藤泽文也(Fumiya Fujisawa)指出,2003年的原始论文没有考虑企鹅粪便的抛射轨迹。相反,它关注的是水平距离。田岛和藤泽认为,弹射角度并不总是水平的,特别是如果繁殖环境位于更高的位置-或者如果企鹅在大便时站在岩石上。

利用牛顿方程,他们计算出企鹅便便的最大飞行距离为1.34米(4.39英尺)。田岛和藤泽还重新研究了实现这样一个轨迹所需的直肠压力问题,发现它会比最初的估计略高一些。然而,他们指出,他们的简化方程式没有考虑到空气和胃中粪便的流体动力学,这有待以后的研究。

至于为什么他们选择重温企鹅便便的物理学,作者们写道,这些爆炸事件有时会让水族馆等繁殖环境下的饲养员感到尴尬。因此,了解它们的粪便距离原产地有多远,这一点实际上很重要。这样的信息将把保管者从危机中拯救出来。对于新来的饲养员来说,避免这样的事件也是很有帮助的。";