企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

都說企鵝可愛,人們之所以覺得它可愛,一部分是因為它憨態可掬,配色和熊貓一樣都是黑白相間的,另一部分是因為它走起路來搖搖晃晃。走路晃頭晃腦的,在冰面上行走自然容易摔倒。不過企鵝為什麼要左右搖擺呢?為什麼就不能好好走路呢?

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

左右搖晃看着就很浪費能量…… 圖源:giphy

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

哎呀我摔倒了 圖源:giphy

搖擺不是賣萌,而是為了提高行走效率

加州大學伯克利分校的 Timothy m。 Griffin 和科羅拉多大學博爾德分校的 Rodger Kram做了一個研究,關於企鵝走路的力學分析。他們發現企鵝這麼走路是為了提高能量的利用效率。

是不是覺得不可思議?因為企鵝走路看起來其實很不高效,企鵝是要向前走的,但它卻向左右方向搖晃,左右搖晃和前進是矛盾的,感覺能量被分走了一部分給左右搖擺。

在介紹實驗之前,先來講講行走效率是怎麼一回事。

行走效率不僅僅取決於肌肉和骨骼的形態,還取決於如何使用它們。人類的步態之所以高效,是因為我們每走一步都會輕微地向前傾斜,藉助重力推動我們前進。如果我們不利用重力,單純靠肌肉的發力,那麼我們就要多花費65%的能量。這65%也被成為能量回收率。

接下來介紹實驗,科學家去海洋公園那里找了5隻帝企鵝,連哄帶騙地把人家引到了一個專門為企鵝設計的「跑步機」上。這個跑步機可以測試企鵝每一步的力量大小、方向以及移動速度。

研究中,兩個科學家測量了帝企鵝行走過程(0.5m/s)中的能量回收率,居然達到了80%,超過了人類的回收效率。不僅如此,研究者還認為企鵝步態是所有陸行動物中能量回收率最高的。

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

a、b 帝企鵝在0.54m/s行走速度時的重力勢能和動能的波動圖 c 、dy搖擺的能量回收效率 圖源:文獻1

假如企鵝沒了搖晃的側向運動,那麼它的步行效率將會降低很多。因為企鵝的左右搖擺的時候,重心會發生變化,產生重力勢能,進而轉化為動能。

但企鵝行走消耗的能量是同體型動物的兩倍(能量回收率和能量大小是兩個值)。

因為它們的腿太短了,而且大部分的腿還藏在了厚厚的羽毛下面,這導致它行走太困難了,耗能高也是自然而然的。

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

圖源:Wikipedia

和珍珠雞、鴕鳥一比,你就知道企鵝的腿是多麼短小了。

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

最後,科學家得出結論,企鵝的步態不是因為左右搖晃才耗能高,而是因為腿太短了,相反,左右搖晃是為了彌補腿短的缺陷。

瘦企鵝是怎麼走路的?

後來,其他科學家對企鵝步態做了進一步的研究,看看體重變化會不會對步態造成影響。

只不過他們沒找帝企鵝,而是找了10隻王企鵝,而且它們的體重也比一般的企鵝要肥。同樣地,它們也被安排上了跑步機,跑步機時速為每小時1.4公里。另外也多記錄了企鵝三軸運動(前後、上下、左右)加速度的數值。

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

企鵝身體左右搖擺加速度隨時間的變化,正值表示右側傾斜,負值表示左側傾斜 圖源:文獻2

它們在保持原有體重的情況下,先在跑步機上測試,科學家記錄了運動時候的相關數值。後來,科學家讓企鵝禁食兩個星期,體重減下來了2公斤多點,然後再上跑步機測試。

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

王企鵝在跑步機上 圖源:sciencenews

成年王企鵝在保護它們的蛋時,有時會禁食長達一個月,但它們會提前儲存幾磅脂肪作為補償,所以不用擔心禁食兩周是虐待。這也是為什麼科學家會選擇肥一點的企鵝,這樣體重變化更容易也更明顯,方便科學家們研究體重對企鵝步伐的影響。

原本以為,體重變輕了,走路自然輕鬆了,速度自然會加快。因為不管是現實中的觀察,或者一些科學研究,都表明肥胖的人或者孕婦很容易改變步態來應對體重的增加,比如拓寬他們的站姿,步伐更短。2016年,廣島大學的研究人員Yasuyo Sunaga用3D動態捕捉系統對懷孕女性的步態進行了研究,他們發現在女性懷孕後的三個月里,相較於未懷孕重心前向後傾斜,膝蓋彎曲變少。這就讓懷孕的女性走起路來像企鵝一樣,搖搖晃晃。

但令科學家驚訝的是,雖然企鵝減肥後左右搖晃的幅度減小了,但並沒有改變它們的步頻或姿勢。

企鵝走路為什麼會搖搖晃晃?

相對於瘦子企鵝(11kg),胖子企鵝(13.2kg)的重心稍微向前一些,走起路就不太穩圖源:文獻2

這個研究表明,企鵝越胖,左右搖擺幅度越大。結合前面第一個研究,可以得出結論,企鵝之所以搖搖晃晃是因為腿短,而搖晃的幅度大小則取決於體重大小。而這一切最終都可以解釋為,為了節省能量……

當然,我不知道對人來說,更胖的人走路時左右搖擺會不會提高能量回收率,哪個人來試試?

來源:cnBeta