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撰文 七君
人死了還能繼續走得話,先不說《釜山行》和《行尸走肉》會不會變成紀錄片,至少打工人得永動機就一步達成了。那么,魚死了還能游么?
實際上,是可以得。在十來年前,哈佛大學和麻省理工學院得研究者首次發現,有一種魚在死掉后還可以像活著得時候那樣繼續游動,甚至可以逆流而上。
這是一條死掉得虹鱒(oncorhynchus mykiss)在游。支持近日:Lauder, Harvard
這種魚就是虹鱒(oncorhynchus mykiss)。
虹鱒是一種很常見得水產,它得肉和同科(鮭科)得大西洋鮭(老百姓理解得“三文魚”)類似,因此曾被拿來冒充大西洋鮭,在華夏曾引發巨大爭議。
虹鱒肉看起來和大西洋鮭很像,支持為法國售賣得煙熏虹鱒。支持近日:world.openfoodfacts.org
因為具有經濟價值,在被引入了許多China后,虹鱒不出意料地變成了世界百大外來入侵種。
虹鱒(上)和大西洋鮭(下)。支持近日:wikipedia
鱒魚死了也能逆流而上,這聽起來真得很嚇人,不懂流體力學得人。死掉得虹鱒繼續游動并沒有違反物理規律,相反,它正是依靠物理學才能變成游動得僵尸。
這一切都要從一條叫做卡門渦得街開始。
當水或氣體經過一根棒槌得時候,棒槌后方就會出現一連串左右交替得渦旋,這就是卡門渦街(Kármán vortex street)。
卡門渦街。支持近日:wikipedia
臨近得兩個渦旋還會相互幫忙砍一刀,也就是發生相長干涉。這樣得結果就是,在臨近得兩個渦旋之間還有一股朝著棒槌方向得逆行水流,把附近得水流往棒槌那兒擼。
那么,逆行水流到何處終止呢?那就是卡門渦街得末端,也就是棒槌直徑2倍處,這里就是棒槌產生得抽吸區(suction region)得邊界。
這個能要人命得區域我們之前在介紹野外游泳禁區時也講過(點我查看),小學生千萬別嘗試。但是和人類不同,虹鱒特別喜歡逛卡門渦街,喜歡追著抽吸區跑。
虹鱒在卡門渦街后游動時,穿行在渦旋之間,動作像是在畫8。支持近日:web.mit.edu
哈佛大學生物工程學家 James Liao 和同事發現,在前方出現卡門渦街時,虹鱒可以在抽吸區附近不費力地左右節奏搖擺,這種搖擺幅度很大,像扭秧歌得大媽,在水中不停地畫8。
虹鱒在卡門渦街后得風騷走位此前從來沒有在其他魚類中被發現,是獨一無二得,因此被取名為卡門步態(Kármán gait)。Liao 和同事把相關研究發表在了2003年得《科學》以及其他學術期刊上。
更詭異得是,哪怕死掉得鱒魚也可以在卡門渦街后游泳,甚至能逆流而上。死掉得鱒魚在卡門渦街里得振動頻率和它活著得時候一樣,而且動態和活魚沒什么不同。
死掉得虹鱒在卡門渦街后游動。
死魚還能死亡蹦迪,它們得“槌”死掙扎顯然不是生物驅動得,而是流體驅動得。為了理解這種奇特得現象,Liao 在虹鱒得肌肉里安插了電極,用來測量肌肉電流,并據此推算它們游動時所花得能量。
Liao 發現,實際上在卡門渦街后面,逆流而上比在靜水中躺平要容易得多。“逆水行舟,不進則退”得老話在虹鱒身上是謬論。
他指出,在混沌得漩渦中游泳得虹鱒只用了一小丟能量,和順流而下時沒差多少,而且只動用了一小啾肌肉,無需大腦參與,因此死掉得鱒魚也能為了地游起來,甚至能逆流而上。
顯然,卡門渦街能驅動虹鱒,給鱒魚搓出進擊得“魔法球”。這也能解釋,不管活著還是死了,虹鱒在卡門渦街后面得扭動頻率,以及頭得擺角都是一樣一樣得。
這條死掉得虹鱒雖然也能利用卡門渦街,但是會被抽吸區吸住。支持近日:Lauder, Harvard
當然了,活魚和死魚也不是完全沒有區別:死魚沒有辦法控制自己得運動,因此有時死鱒魚在抽吸區內會撞上棒槌,然后彈回下游。另外,只有剛剛去世得虹鱒才能被卡門渦旋驅動,愉快地游起來,已經尸僵成棒槌得就不行了。
因為在卡門渦街里游泳特別省力,虹鱒還會主動尋找卡門渦街,比如流水中得大石頭后面。垂釣得人都知道,鱒魚喜歡躲在石頭后面“歇腳”,這個現象背后就是這個道理。
為了驗證這一點,Liao 還在加拿大得溪流里進行實地觀察。他在溪流里放上棒槌,觀察到鱒魚會聚集到棒槌后方,展現出和實驗室里類似得動態。
研究者們發現,虹鱒喜歡利用卡門渦旋,其支持近日:fish code studios
當然了,卡門渦街也能解釋為什么魚會聚集成群,因為每條魚都在利用其他魚產生得卡門渦街得輸出幫助。Liao 發現,兩條并排游動得魚產生得湍流和棒槌后面得卡門渦街類似,因此會吸引其他魚兒過來搭便車。
這一點對一些海洋哺乳動物也適用。海豚和鯨喜歡追著人類得輪船跑,很可能也是在利用人類輪船帶來得卡門“魔法球”,可不是為了交個朋友。
其實上面都不算蕞驚人得。Liao 和同事在2006年發表在《流體力學期刊》(Journal of Fluid Mechanics)上得一篇論文指出,捕鯨人曾觀察到死掉得鯨也能在捕鯨船后以每小時1海里得速度“游”很長時間。這恐怕也是卡門渦街用未冷得尸首召喚出得“死亡尾行”。
但是對于這些哈佛大學和麻省理工學院得研究者們來說,卡門渦街和鱒魚得這種死亡對線不僅不嚇人,甚至有望創造出“不插電”得能量捕捉設備,將大氣和海洋中原本礙事兒得湍流“馴化”成環保能源。
總之,這種“僵尸”帶給人類得不是恐懼,而是希望。
是美食,也是新能源得工程尸。
封面近日:wikimedia
參考資料:
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