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一盤海鮮不只是味覺盛宴,還藏著滿滿的物理學知識

科普中國-科普融合創作與傳播 2019-03-29

  出品:科普中國

  制作:劉翠翠(中國科學院半導體研究所)

  監制:中國科學院計算機網絡信息中心

  曾經,筆者借“雙旦”之際,獎勵了自己一餐海鮮,眼前的情景大概是這樣的。

  

  (來源:大眾點評網)

  忽然,對面的小白開口了:“你了解皮皮蝦嗎?它可以用眼睛處理紫外光。你知道為什么有的螃蟹的腿特別長嗎?你知道魷魚游泳的原理嗎?你知道為什么水母會發光嗎...”事實證明,我一定是膨脹了,竟然敢吃海鮮了?

  從古至今,人類對于大海始終懷著感恩。大海深邃而神秘,仿佛永遠不會被誰讀懂。人類的了解也一直都是“冰山一角”。也許,對于很多人了解最多的就是這一盤一盤的“海味”了。但是讀了這篇小文,你可能不再會認為一盤海鮮僅僅是礦物質、維生素、不飽和脂肪酸和蛋白質等物質的集合,而會感受到其中滿滿的物理知識。

  鸚鵡螺

  也許很多人對鸚鵡螺這種動物很陌生,但是很多人都應該知道科幻作家儒勒·凡爾納在其科幻小說《海底兩萬里》里描述過一艘名叫“鸚鵡螺號”的潛艇,而世界上的第一艘核潛艇也真的就叫“鸚鵡螺號”,其實,這都是對鸚鵡螺“天才般的上浮下沉原理”的贊美。看圖,這游泳的方式真的很穩。

  

  (來源:臻迪百科)

  鸚鵡螺像蝸牛一樣,但背著的殼并不重。它是烏賊等軟體動物的親戚。它的殼不是完全封閉的,而且分成了若干個氣室,這些氣室靠導管連通,而它的身體在最靠出口部位的這個氣室里。鸚鵡螺通過對自己體內氣壓的控制,進行上浮和下沉等動作。如果不是深諳阿基米德原理,恐怕鸚鵡螺是無法在在海洋中綿延數億年之久吧。

  所以,大家應該也想到了潛艇上浮下沉的原理了吧?Bingo,和鸚鵡螺的原理非常相似,潛艇內有很多水艙,如果潛艇需要下沉,就將水艙內注滿水,增大自身重量;當需要上浮時,用壓縮空氣將水排出就可以穩穩地上浮。可以說潛艇就是鸚鵡螺的仿生學應用了。

  皮皮蝦

  海鮮大餐中,皮皮蝦是不能缺席的。皮皮蝦這種性情兇猛的肉食動物,不僅全身都被堅硬的外骨骼所覆蓋,而且真正做到了武裝到牙齒(大顎),構造異常復雜。所以,“怎么剝殼?”這個問題可是愁煞了一眾吃貨,因為一不小心就可能導致丟肉破手的后果。其實相比于皮皮蝦復雜的身體結構,皮皮蝦的眼睛更令人稱絕。你知道嗎,皮皮蝦的每一只眼睛都是由上萬只六邊形組成的。它的視覺非常好,能夠識別出許多人類看不見的顏色。

  

  (來源:57gif.com)

  皮皮蝦的眼睛中有12個光感受器,而人類只有3個。而這12個光感器的排列也決定了它們處理顏色的器官并不是大腦,而是眼睛。而人類雖然有發達的大腦,但是我們的眼睛與皮皮蝦的相比只能算是低配了。不僅如此,皮皮蝦的視覺系統還能夠對太陽光進行過濾。研究發現,皮皮蝦的眼睛能看到紫外光及兩種偏振光,它能通過特殊的氨基酸過濾掉部分紫外線,用于減輕其眼睛感光的壓力。而這紫外線也能被它們的眼睛所利用,當眼睛吸收了紫外線以后,會發射肉眼可見的極微弱的熒光,這種熒光不僅可以用來警告敵人,也可以用來和心儀的他(她)表白,而我們人類也許永遠學不會這種特異功能了吧。

  筆者覺得,既然剝不開皮皮蝦,只吃蝦眼也是不錯的。

  螃蟹

  螃蟹的類型有很多種,我們在這要說的,是海底一種叫高腳蟹的螃蟹,它長著四對讓無數人羨慕的大長腿。難道螃蟹也喜歡大長腿的美男(女)子嗎?但是,為啥腳尖又那么尖細呢?

  

  (來源:新浪博客)

  其實,這與海底的環境有很大的關系。就像在濕滑的雨天,我們穿上花紋比較明顯的鞋,汽車輪胎加上防滑鏈,才容易更平穩的行走,海底也是一樣的。水底容易打滑,而且水底的物體不僅會受到水的阻力,還會受到向上的浮力,這都不利于動物的行走。所以,聰明的高腳蟹想出了這樣的好主意。它們腳部尖細,腳扎進水底的泥土里能增大與底部的摩擦力。再說說它的大長腿,這也不是為了好看,而是因為大長腿能把它的身體架高,不僅加大了步幅,而且還減小了身體與水底地面的摩擦力。這一切,都是為了能快點追上前面的美眉啊!

  魷魚和水母

  很多人都吃過魷魚,但是沒見過魷魚“跑”吧。說實話,這種軟軟的,縱使爪子被切下來都可以頑強反抗的頭足類軟體動物“跑路”的姿勢還真的很科學。

  

  (來源:搜狐)

  它們先經過身體側面的孔和前面的特別漏斗, 把水吸入鰓腔, 然后通過漏斗用力把水壓出體外。這樣, 魷魚就得到了向前的推力,也就是物理學中的反沖原理。而且,這些軟體動物能夠使它們的漏斗管指向別處, 然后用力從里面壓出水來, 使自己向各個方向歡樂地前進,直到進入餐盤。

  除了魷魚之外,海洋中懂得利用反沖原理的生物還有很多,包括在水族館中最受歡迎的優雅美麗的水母。水母通過傘狀體擴張后迅速收縮,將水向后排出體外,從而給水母提供了向前的動力。請看動圖,姿勢真的很美呢。

  

  (來源:網易號)

  鮟鱇(an kang)

  有一種很奇特的魚,它每天都打著一盞小燈籠。雖然,這盞小燈籠無論如何都不可能照亮它的美。雖然筆者不是外貌協會的,但是這個長相真的是有點丑。

  

  (來源:中國海洋食品網)

  鮟鱇頭部上方這個肉狀突出,形似小燈籠,實際上,也確實是一個會發光的“小燈籠”。小燈籠之所以會發光,是因為在燈籠內的腺細胞能夠分泌光素,光素在光素酶的催化下與氧氣反應,在進行緩慢地氧化時就發出了光。但是,鮟鱇打著“小燈籠”并不是因為怕黑,而是因為深海中有很多魚都有趨光性,這個小燈籠就是鮟鱇引誘食物的利器。

  

  (來源:百度百家號)

  其實,熟知生物發光機理的還有水母,水母看起來也還是一個全才呢。

  精通物理的水生生物們

  魚類和其他水生生物的運動方式基本都是游泳,那么它們是如何在耗費很少能量的情況下讓自己快速前進的呢?這也運用到了物理知識。

  首先,減小阻力。在流體中運動的物體所受到的阻力主要來源于內摩擦和渦旋。魚兒流線型的身體能有效抑制渦旋的產生,此外,它們還把全身擦了一層凝脂狀的“潤滑劑”,滑滑的身體和水之間的內摩擦力也大大減小;其次,掌握好擺動的節奏和幅度。其實,魚尾巴擺動的節奏和距離與其前進的運動密切相關,而且幾乎所有魚類和很多其他海洋生物每次擺尾的長度在動物體長的1/10到3/10之間。研究發現,在這一參數的最佳范圍內游動能產生最大的推力。

  

  (來源:極客世界)

  你知道嗎?魚兒不僅是運動方式涉及到復雜的知識,很多魚或龜類等還能依靠下丘腦的某種神經細胞識別地球磁場,所以來自美國佛羅里達州東部的海龜幼仔第一次進入大海,就可以漫長的遷徙,年復一年的洄游,卻從不走錯路。而它們標志性的魚肚白,也不是隨隨便便穿的“打底衫”,而是充分考慮了海底光線的問題才做出的決斷:從海底往上看到的是明亮的天空,魚兒白白的肚皮能讓它們與天空的顏色融為一體,防止它們被狩獵者發現。

  原來在神秘的海底世界里,藏著那么多的物理學大咖。如果海鮮會說話,定會在人類下嘴之前就用物理知識“擊退”人類體內一切的饞蟲了。

  參考文獻:

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  [2]張玉娜,梁文曉,王莎莎,王麗麗,孟祥斌.蝦蛄光感受器組織學特點研究[J].青島農業大學學報(自然科學版),2016,33(04):321-324.

  [3]蘭亞紅.游泳技術之流體力學理論探析[J].科技信息,2010(28):119.

  [4]馮雅輝,裴柳.發光生物[J].生物學教學,2009,34(04):59-60.

  [5]嚴代偉.一條魚涉及的物理知識[J].物理教學探討,2004(24):32-43.

責任編輯:王超

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