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小企鹅为什么走路姿势那么可爱啊?

本帖由 漂亮的石头2021-03-15 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] 苏澄宇,动物科学 / 动物营养 / 冷门问题收割者 阅读原文

    因为对于它们的小短腿来说,这样走路最高效。

    [​IMG]


    科学家一开始并不认为这样走路高效,光凭直觉就会觉得这种行走方式很愚蠢,因为走路是向前的,企鹅走路是左右摆动,给人感觉并不能给前进带来动力,反而增加了损耗。但实际情况真的如此吗?

    早在 2000 年,加州大学伯克利分校的 Timothy M. Griffin 和科罗拉多大学的 Rodger Kram 就开始研究企鹅走路的生物力学[1]。他们找来了 5 只帝企鹅,带到他们的实验室一个特殊的实验平台上,让企鹅在上面走路,以便观察企鹅行走过程中每一个步伐的力量、施力的方向和移动速度。

    [​IMG]企鹅走路平台https://www.zhihu.com/video/1209907943896092672

    行走效率不仅取决于骨骼和肌肉,还取决于你如何使用它们。

    许多动物通过交换重心的重力势能和动能来减少行走时的肌肉功,就像一个倒立的钟摆。人类也一样,人类的步态非常高效,主要是因为有重力的帮助,每走一步都要稍微向前倾一点。

    [​IMG]

    如果我们只依靠肌肉的力量,我们需要更多的能量来行走。而在重力的帮助下,我们节省了 65% 的能量,65% 也被称为能量回收率。

    Griffin 和 Kram 测量了帝企鹅的能量回收率。结果出乎意料,帝企鹅的能量回收率是 80%,不仅比人类的 65% 还要高,而且是所有陆地动物中最高的。

    [​IMG]

    如此高效的行走效率只是为了弥补小短腿的缺憾

    这并不是说企鹅在陆地行走,不需要消耗很多能量。(注意:这只是能量回收率,并不是能量消耗)当它们在陆地上时,它们消耗的能量是其他陆地动物的 2 倍。

    为什么能量消耗如此大?因为它那小短腿,和珍珠鸡、鸵鸟比起来(下图),企鹅的脚简直就是短得可爱。

    [​IMG]
    不同动物的腰脚高比例(珍珠鸡、企鹅、鸵鸟)

    加之它的膝盖蜷在身体里,这些特性让它们在陆地上行走并不具备太大优势,行走时会消耗过多的能量。

    如果它们不依靠一摇一摆的行走姿势,那么它们的重心就会变低。重心变低,行动就会变得更笨拙,失去重力的帮助,能量消耗自然会很大。这样的话,企鹅就得更多地依靠肌肉产生力来进行运动。

    所以科学家的结论是,企鹅这么走路是因为它的小短腿,如果不这样走路会很费劲。

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