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为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖!

文章来源:一条
ID:yitiaotv
编辑:捌条

胡立德,科学家,华裔。

他的研究非常“另类”:

人和动物的尿、袋熊的屎、猫舌头、狗甩水……

2016年,他的3项研究,

被列入“美国最浪费的20个科学项目”名单中。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

上:胡立德在办公室(图片来自 New York Times ,摄影:Melissa Golden)下:在2015年搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上

然而他先后两次获得了在哈佛大学颁发的

“搞笑诺贝尔奖”,

颁奖者都是货真价实的诺贝尔奖得主。

此外,他还获得了“中国版搞笑诺贝尔奖” ——

菠萝科学奖3次。

胡立德的父母是第一代移民,

对他说的最多的话是要对万物保持好奇心。

中国文化的底蕴、父母的引导、对自然的热爱,

都给他带来不同的思路,

做跟别人不一样的研究,走别人没走过的路。

9月中旬,一条与胡立德视频连线,

聊了聊他看似搞笑、实则深刻的研究,

以及好奇心教育对一个人的长远影响。

自述   胡立德  编辑   余璇

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

(图片来自 New York Times ,摄影:Melissa Golden)

佐治亚理工大学是美国三大理工院校之一,胡立德是学校里唯一的一位跨机械工程系和生物系的教授。

不过他看起来既不威严也不冷酷,踩着拖鞋上课,和学生叠罗汉拍照,甚至翻着空翻上台领奖,最爱的游戏是超级玛丽。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

因为要做仿生学的研究,实验室里养了不少动物:火蚁、蛇、蚊子、袋熊……有时候好几天不去实验室,蛇就会打破玻璃柜,从门缝底下游出去。“有一些同事他们怕死了,走在外面看到蛇,就会喊:哇!这是胡立德的研究。然后我会去把它们抓回来。”

说起蛇,胡立德的妻子范佳还记得当年两人去参加朋友聚会,他带着一条2米多的蛇,挂在脖子上,大摇大摆地走进来:“这和带着一条狗没有两样。”

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

胡立德在2015年搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上。搞笑诺贝尔奖有近三十年的历史,每年评选一次,在哈佛大学颁发。口号是:“研究先让你笑,然后思考。”(图片来自网络)

胡立德也留过长发,会梳着和女儿一样的羊角辫出门,“科学家应该在所有地方做实验,甚至发型”。如今刚过不惑之年的他,虽然发际线在后退,心里却仍保持着少年时旺盛的好奇心。

他最近的两篇学术论文是关于袋熊……的粪便:“为什么袋熊的大便是方形的?”这一发现让他再次获得了2019年的搞笑诺贝尔奖。在颁奖大会上,胡教授和队友们一脸认真地宣布:“现在终于证明,圆形的通道也能生产出方形的物品!”众人哄笑。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

袋熊和它的方形粪便。研究发现,袋熊大肠的肠壁厚度不均,其中有两个地方比较硬,粪便经过时就会被挤压出棱角。

现在,胡立德与范佳、一儿一女生活在美国南部。一条近日与他们进行了一次视频连线。

采访时,一家四口都在,哥哥还把在家门口捡到的一只蝉壳拿来“秀”了一番,以及胡立德从番茄树上抓下来存在泡菜罐子里的虫。范佳说,孩子们从小看着爸爸匪夷所思的行为长大,对一切也充满了好奇。

以下是胡立德的自述。

换尿布提供的灵感

我是胡立德,平时教书,做研究,写科普书,周末和我的两个小孩一起下棋、击剑。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

模仿狗、人类和犀牛排尿的实验

9年前有一天,我在给儿子换尿布,他突然就开始尿了,于是我量了量他尿的时间和我自己尿的时间,竟然差不多。我继续去到动物园去看,结果发现从小狗到大象,哺乳动物排尿的平均时长都是21秒,哪怕膀胱的大小差了100倍!

“为什么哺乳动物的排尿时间是21秒”——这个发现让我第一次获得搞笑诺贝尔奖。

有一个日本的泌尿医生看到后说,哦这个很厉害。平时他们会用一个很贵的机器来测量人尿的速度,但现在他们可以从排尿时间来判断一个人的膀胱是否健康。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

我第一次见到我太太的时候,她带着前男友送的情人节礼物——一只咖啡色的贵宾犬。

我跟它虽然互不喜欢,但它的甩水能力让我惊讶。我就开始利用高速摄像机研究狗甩水的速度,以及其他不同体积的动物的甩水能力,再延伸到对生活中洗衣机甩干衣服的思考。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

被雨滴击中的蚊子。因为蚊子会随着雨滴倾斜身体或随雨滴一同下落,故而不会被雨滴砸死。

有时候我会和儿子一起在外面看下雨,他会被蚊子叮。在我看来,蚊子在下雨天飞是很奇怪的事情。因为一只蚊子和一滴雨滴差不多大,但雨滴比蚊子重50倍,而且它们的速度很快。蚊子被雨滴撞到,就像人被车子撞到,但它们绝大多数情况下都毫发无伤。所以我就开始研究蚊子为什么不会被雨滴砸死。

我的很多研究是从生活中获得的启发。这些发现,可以影响不同的领域。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

蚊子的研究有助于微型飞行器的开发(图片来自 Harvard University)

本科时我曾幼稚地以为,几乎所有的科学问题都已经有了答案。后来读到博士才发现,人类只是解答了很小一部分自然的奥秘,许多看似简单的问题,往往最难解答。动物自然而然的行为和身体形状背后,往往有着很深的科学道理。

你研究动物要想,做这个事最厉害的是谁?在清洁上,猫就是最厉害的。猫一天睡16个钟头,但它们会花3个小时清洁身体。因此我们开始研究猫的舌头。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

从左到右,这些舌头属于:猫、北美野猫、美洲狮、雪豹、老虎和狮子

世界上有30多种猫科动物,狮子的舌头跟人头一样大,家猫的舌头跟人的小拇指一样大。它们的舌头上都有290多个舌突起,每个舌突起上有一个小吸管,可以自然地吸收唾液,猫咪们每次舔自己,就会有一些唾液作用在毛发上,水不会被浪费。因此,猫只需要3勺唾液,就能把自己弄得很干净。相比之下,人洗一次澡需要10升水。

我们还从猫舌头获得的灵感,设计了一把仿生的梳子——用3D打印机打印了40根类似于猫舌突起一样的齿,放在柔软的硅胶上。这把梳子不会缠住头发,并且非常好清洁。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

在菠萝科学奖颁奖典礼上,胡立德扮演成猫咪上台领奖

中国人很看重吃饭,像我父母会自己做豆浆、包子、饺子。我最近的研究,就是炒饭的方法。我们去炒饭店,用高速摄像机拍大厨炒饭的技术,用那个温度炒饭,你真的不能停下来,要极速把这个饭一直在空中“飞”,不然就会烧焦。

其实很多公司想要让机器人来做厨房的工作,如果开发做炒饭的机器,温度一定要高,而且饭锅需要上下左右地摇,而不是像洗衣机那样滚。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

正在动物园测量排尿的学生们

这些实验听起来搞笑,实际挺难的。比如要量一个动物排尿的容积,你可能会想把杯子放在它底下,它肯定认为你很奇怪,不会尿,或者逃跑。而研究蚊子的时候,为了让它们活着,我们只能每天把胳膊伸进玻璃柜里让它们饱餐一顿。

2016年5月,我意外发现自己上了电视。有个美国参议员列了一个名单,把我的3项研究都归到当年“最浪费的20个科研项目”中,我突然成了“最浪费科学家”。

其实我的大部分实验都很便宜。再说,当你还不知道结果时,怎么能说研究的过程是浪费呢?

从此,我决定把科普作为自己的第二职业,到处做演讲,还写书,向大众介绍我们的科学研究。

 

在我的新书《如何水上漂和飞檐走壁?》(How to Walk on Water and Climb up Walls:Animal Movement and the Robots of the Future)里,读者可以读到这20年来最有趣的仿生科学研究,以及科学家是如何提问,如何做实验,寻找答案和解决问题的。

有些东西是钱不能比的

当科学家是一条很长的路。

本科、研究生、博士后、副教授,差不多15年,没有太稳定,明年不知道在哪。其他的朋友都已经开始赚钱了,我还在上学。但我的父母对我说,如果你可以做一个科学的贡献,那真的是钱不能比的。我觉得赚的钱够自己生活,就够了。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

幼年胡立德与父母合影

我父母都是移民,他们读研究生的时候从台湾来到美国,压力都很大,我妈妈说她是“背水一战”。他们是搞化学研究的。

我出生的时候,他们每天还在读书,每天去实验室,所以我一出生进入的就是科学的世界。

5、6岁的时候,妈妈周末会带我去实验室。我还记得她教我做细菌培育实验,把唾沫吐在一个瓶子里,细菌会越长越多。

后来我考进了马里兰州的“天才班”。那是从小学四年级开始,在每个学校招成绩最好的人,一个班招20个。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

天才班时的胡立德(第二排左一)

当时在天才班,我们有一个比较大的项目,就是写自己的书。我都无法想象一个10岁的小孩,真的可以写出200页的书。我记得那是我第一次熬夜,自己定题目,自己做研究,自己打字、画图。我妈妈看我那么用功,她也没有睡觉,起来帮我把照片贴起来,第二天她还要上班。但她从来不抱怨。

我的父母把我养得很自由,大部分时间让我自己玩,自己学。我最深刻的记忆就是小时候我妈妈在读书,我看她读那么多书,我也读。她不会和我说这个东西太难了不要做,如果要做,就自己做。

考大学的时候,我拿了两份offer,其中有一份来自卓克索大学医学院。在美国,大部分的学生都希望能考进医学院,未来当医生,但我最后还是选择了麻省理工,想做基础的科学研究。其实我爸爸是一个很传统的人,我很怕他会说我,但他没有。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

正在体操表演的胡立德

进入麻省以后,本科阶段我试了5个不同的专业,哲学系、生物系、数学系……真的考虑很多,在想什么专业是最好的,后来我决定走自己的路。

我当时有参加体操队。体操队的朋友们很有意思,有一些人毕业后直接去太阳马戏团工作。我看着他们,就明白其实选择什么样的工作都可以。做体操跟做科学,同样需要创造力。

我本科的导师、导师的导师,也都获过搞笑诺贝尔奖。用应用数学来分析“怎么拉床单是不会有皱纹”,“扎马尾辫的人跑步时头发是怎么甩动的”……他们都认为,所有的生活都可以当作科学来研究。

我想这样的主意如果你学了,一辈子都不会觉得无聊。

好奇心和独立

我做的都是仿生的研究,因为从小受爸爸妈妈影响,觉得大自然有很多秘密可以教我们。虫子为什么可以在水上行走,蛇怎么“飞”,鱼死掉了为什么还可以游泳……

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

少年时和家人一起露营

小时候,我们一家人经常去露营,去钓鱼。有一次在高速公路上,我爸爸看到边上躺着一只鹿,这只鹿身体还有点温暖,可能晚上被撞了。他就想把这个鹿带回家解剖一下,全家可以吃鹿。后来我们费了好大力气,终于把这头鹿装进车子里面,让它“坐”在我妹妹的旁边,一连坐了3个小时。那是我第一次解剖那么大的动物。

我爸爸花了20年,在院子里种了二十三四棵水果树。他用各种奇怪的方法来养树,比如在树上贴一点肥皂,防止鹿来啃树,也会“喂” 厨余垃圾给他的树吃。

我特别感谢我的父母给我保有了我的好奇心,没有让我觉得好奇心是不赚钱的。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

胡立德与妻子范佳

我的太太范佳,她是成都人,研究生时来的美国,现在是一名数据科学家。

有一些社会行为规范,我太太觉得我没有,“让人匪夷所思”。不过我们会比较理性、科学地对待一些问题,这样生活没有那么心累。

我们俩结婚之前,都是那种特别以自我为中心的人。结婚时我们差不多三十岁,但自我感觉和行为习惯差不多只有23、24岁。用我太太的话说,“养小孩10年,就突然老化15岁”。养小孩成为我们自己成长的一部分。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

疫情期间,和孩子们在家里运动

养小孩是两个人的合作。我太太在厨房是老大,每天做晚餐,一顿三四个菜,都是川菜,她通常会等孩子睡了后,再工作2~3个小时。我会接小孩、洗衣服、给院子割草、洗碗、倒垃圾。

在周末空余时间,我会跟小孩一起下棋、击剑。总的来说,华裔非常重视教育,对孩子的要求也比较严格,但我们肯定没有北京、上海的一些家长那么夸张。

 

为什么哺乳动物排尿时间都是21秒?他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖

太太跟我说:“为什么小孩问你那么多问题,而不是问我?”因为我真的会给他们一个真的答案。

我儿子最近问的是,男生为什么要跟女生喜欢亲,我问他:“你要跟女生亲了吗?”他说不要不要。我说等以后你的身体会变化,你就会觉得这个事情很美丽。

有时候小孩子问的问题真的很深,我也不知道答案,但是可以给他们一个角度讨论。如果可以保持他们的好奇心,我觉得那我已经成功了。

我觉得所有的小孩创造力都很大,如果我小孩未来选了科学,那也是很好的路。

好奇心和独立,如果你有了这两个东西,什么问题都可以面对。

最后来做个有趣的小测试吧!

1.狗、大象、人类,谁的排尿时间最长?

A 狗
B 大象
C 人类

D 都一样

2.淋湿的狗摇摆几次可以甩干身上的水分?

A 1次
B 4次
C 6次

D 摇到头晕都干不了

3.蚊子会被雨滴砸死吗?

A 会

B 不会

4.蜜蜂如何清理自己满是花粉的身体?

A 到水里洗一洗
B 相互舔干净
C 用腿刷毛
D 被风吹掉

E 不清理

5.下雨时,走路和跑步哪个能让你的头少淋点儿雨?

A 走路
B 跑步
C 都差不多
 

答案

D、B、B、C、B

 

1.为什么哺乳动物平均排尿时长是21秒?

答:泌尿系统是一个很简单的系统,由膀胱和尿道组成,尿道长度和膀胱直径的比例约为18:1。假设一条尿道是一条高速公路,尿液分子就是汽车,路越宽,通过的车越多。以大象为例:大象的尿道直径为3厘米,跟人的手腕一样粗,流量自然更大。另外,更长的尿道受到地球引力作用也更大。大象的尿道有1米长,尿液分子下落的速度也更快。

 

2.淋湿的狗摇摆几次可以甩干身上的水分?

答:4次。一只30公斤的狗,它的毛发里可以藏半公斤水。这些水分会吸收它身体的热量,消耗掉它一天进食量中1/5的能量。所以让身体保持干燥,对哺乳动物来说非常关键。1秒钟,狗可以甩水4次,去掉身体70%的水分,其加速度几乎是地球重力加速度的20倍,比赛车转弯的加速度还要大。此外,他们的毛发也很容易干。

 

3.蚊子为什么不会被雨滴砸死?

答:蚊子在被雨滴砸中时,会做一套高难动作缓和冲击力。如果砸中的是翅膀,蚊子就会向那一侧倾斜50度,让水滴顺翅膀滑走。而如果正中身体,蚊子则迅速随着水滴一起下落。由于蚊子体表有大量的疏水细毛,它并不会和水滴融为一体,在下落过程中也能自由调整姿态,很快就能和雨滴侧向分离,恢复正常飞行。根据计算,假如落在地面的蚊子被雨滴砸中,力道相当于蚊子自身体重的10000倍,足以致命;但在空中被砸到的蚊子,力道就只有体重的50~300倍,很容易恢复过来。

 

4. 蜜蜂是如何清理自己满是花粉的身体?

答:一只蜜蜂每天要采的花粉是它自己重量的1/3。在这个过程中,它整个身体都可以被花粉覆盖。但它两分钟内就可以把自己完全清洁干净。首先,蜜蜂的毛之间的距离,跟一颗花粉的直径一样,这样花粉会被卡在毛发的表层,比较容易清洁。其次,因为蜜蜂身体的毛很硬,这些毛就像弹簧一样。每次它用腿刷毛,毛会把灰尘弹开。

 

5.下雨时,走路和跑步哪个能少淋点儿雨?

答:如果你跑得快,淋在头上的雨会少一点,因为你在雨中停留的时间会比较短,但是砸脸上的雨就会更多。

 

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  1. 叨客特r=a(1-sinθ)

    头发越来越少了