一盘海鲜藏着满满的物理学知识

来源:科普中国发布时间:2019-04-08

吃出点学问。

  曾经,笔者借“双旦”之际,奖励了自己一餐海鲜,眼前的情景大概是这样的。 

(来源:大众点评网) 

  忽然,对面的小白开口了:“你了解皮皮虾吗?它可以用眼睛处理紫外光。你知道为什么有的螃蟹的腿特别长吗?你知道鱿鱼游泳的原理吗?你知道为什么水母会发光吗...事实证明,我一定是膨胀了,竟然敢吃海鲜了? 

      从古至今,人类对于大海始终怀着感恩。大海深邃而神秘,仿佛永远不会被谁读懂。人类的了解也一直都是“冰山一角”。也许,对于很多人了解最多的就是这一盘一盘的“海味”了。但是读了这篇小文,你可能不再会认为一盘海鲜仅仅是矿物质、维生素、不饱和脂肪酸和蛋白质等物质的集合,而会感受到其中满满的物理知识。 

  鹦鹉螺 

  也许很多人对鹦鹉螺这种动物很陌生,但是很多人都应该知道科幻作家儒勒·凡尔纳在其科幻小说《海底两万里》里描述过一艘名叫“鹦鹉螺号”的潜艇,而世界上的第一艘核潜艇也真的就叫“鹦鹉螺号”,其实,这都是对鹦鹉螺“天才般的上浮下沉原理”的赞美。看图,这游泳的方式真的很稳。 

(来源:臻迪百科) 

  鹦鹉螺像蜗牛一样,但背着的壳并不重。它是乌贼等软体动物的亲戚。它的壳不是完全封闭的,而且分成了若干个气室,这些气室靠导管连通,而它的身体在最靠出口部位的这个气室里。鹦鹉螺通过对自己体内气压的控制,进行上浮和下沉等动作。如果不是深谙阿基米德原理,恐怕鹦鹉螺是无法在在海洋中绵延数亿年之久吧。 

所以,大家应该也想到了潜艇上浮下沉的原理了吧?Bingo,和鹦鹉螺的原理非常相似,潜艇内有很多水舱,如果潜艇需要下沉,就将水舱内注满水,增大自身重量;当需要上浮时,用压缩空气将水排出就可以稳稳地上浮。可以说潜艇就是鹦鹉螺的仿生学应用了。

皮皮虾 

海鲜大餐中,皮皮虾是不能缺席的。皮皮虾这种性情凶猛的肉食动物,不仅全身都被坚硬的外骨骼所覆盖,而且真正做到了武装到牙齿(大颚),构造异常复杂。所以,“怎么剥壳?”这个问题可是愁煞了一众吃货,因为一不小心就可能导致丢肉破手的后果。其实相比于皮皮虾复杂的身体结构,皮皮虾的眼睛更令人称绝。你知道吗,皮皮虾的每一只眼睛都是由上万只六边形组成的。它的视觉非常好,能够识别出许多人类看不见的颜色。 

    

(来源:57gif.com) 

  皮皮虾的眼睛中有12光感受器,而人类只有3个。而这12个光感器的排列也决定了它们处理颜色的器官并不是大脑,而是眼睛。而人类虽然有发达的大脑,但是我们的眼睛与皮皮虾的相比只能算是低配了。不仅如此,皮皮虾的视觉系统还能够对太阳光进行过滤。研究发现,皮皮虾的眼睛能看到紫外光及两种偏振光,它能通过特殊的氨基酸过滤掉部分紫外线,用于减轻其眼睛感光的压力。而这紫外线也能被它们的眼睛所利用,当眼睛吸收了紫外线以后,会发射肉眼可见的极微弱的荧光,这种荧光不仅可以用来警告敌人,也可以用来和心仪的他(她)表白,而我们人类也许永远学不会这种特异功能了吧。 

     笔者觉得,既然剥不开皮皮虾,只吃虾眼也是不错的。 

  螃蟹 

     螃蟹的类型有很多种,我们在这要说的,是海底一种叫高脚蟹的螃蟹,它长着四对让无数人羡慕的大长腿。难道螃蟹也喜欢大长腿的美男(女)子吗?但是,为啥脚尖又那么尖细呢? 

(来源:新浪博客) 

  其实,这与海底的环境有很大的关系。就像在湿滑的雨天,我们穿上花纹比较明显的鞋,汽车轮胎加上防滑链,才容易更平稳的行走,海底也是一样的。水底容易打滑,而且水底的物体不仅会受到水的阻力,还会受到向上的浮力,这都不利于动物的行走。所以,聪明的高脚蟹想出了这样的好主意。它们脚部尖细,脚扎进水底的泥土里能增大与底部的摩擦力。再说说它的大长腿,这也不是为了好看,而是因为大长腿能把它的身体架高,不仅加大了步幅,而且还减小了身体与水底地面的摩擦力。这一切,都是为了能快点追上前面的美眉! 

  鱿鱼和水母 

  很多人都吃过鱿鱼,但是没见过鱿鱼“跑”吧。说实话,这种软软的,纵使爪子被切下来都可以顽强反抗的头足类软体动物“跑路”的姿势还真的很科学。 

(来源:搜狐) 

      它们先经过身体侧面的孔和前面的特别漏斗, 把水吸入鳃腔, 然后通过漏斗用力把水压出体外。这样, 鱿鱼就得到了向前的推力,也就是物理学中的反冲原理。而且,这些软体动物能够使它们的漏斗管指向别处, 然后用力从里面压出水来, 使自己向各个方向欢乐地前进,直到进入餐盘。 

  除了鱿鱼之外,海洋中懂得利用反冲原理的生物还有很多,包括在水族馆中最受欢迎的优雅美丽的水母。水母通过伞状体扩张后迅速收缩,将水向后排出体外,从而给水母提供了向前的动力。请看动图,姿势真的很美呢。 

(来源:网易号) 

  鮟鱇(an kang) 

  有一种很奇特的鱼,它每天都打着一盏小灯笼。虽然,这盏小灯笼无论如何都不可能照亮它的美。虽然笔者不是外貌协会的,但是这个长相真的是有点丑。 

(来源:中国海洋食品网) 

  鮟鱇头部上方这个肉状突出,形似小灯笼,实际上,也确实是一个会发光的“小灯笼”。小灯笼之所以会发光,是因为在灯笼内的腺细胞能够分泌光素,光素在光素酶的催化下与氧气反应,在进行缓慢地氧化时就发出了光。但是,鮟鱇打着“小灯笼”并不是因为怕黑,而是因为深海中有很多鱼都有趋光性,这个小灯笼就是鮟鱇引诱食物的利器。 

(来源:百度百家号) 

  其实,熟知生物发光机理的还有水母,水母看起来也还是一个全才呢。 

  精通物理的水生生物们 

  鱼类和其他水生生物的运动方式基本都是游泳,那么它们是如何在耗费很少能量的情况下让自己快速前进的呢?这也运用到了物理知识。 

  首先,减小阻力在流体中运动的物体所受到的阻力主要来源于内摩擦和涡旋。鱼儿流线型的身体能有效抑制涡旋的产生,此外,它们还把全身擦了一层凝脂状的“润滑剂”,滑滑的身体和水之间的内摩擦力也大大减小;其次,掌握好摆动的节奏和幅度其实,鱼尾巴摆动的节奏和距离与其前进的运动密切相关,而且几乎所有鱼类和很多其他海洋生物每次摆尾的长度在动物体长的1/103/10之间。研究发现,在这一参数的最佳范围内游动能产生最大的推力。 

(来源:极客世界) 

  你知道吗?鱼儿不仅是运动方式涉及到复杂的知识,很多鱼或龟类等还能依靠下丘脑的某种神经细胞识别地球磁场,所以来自美国佛罗里达州东部的海龟幼仔第一次进入大海,就可以漫长的迁徙,年复一年的洄游,却从不走错路。而它们标志性的鱼肚白,也不是随随便便穿的“打底衫”,而是充分考虑了海底光线的问题才做出的决断:从海底往上看到的是明亮的天空,鱼儿白白的肚皮能让它们与天空的颜色融为一体,防止它们被狩猎者发现。 

  原来在神秘的海底世界里,藏着那么多的物理学大咖。如果海鲜会说话,定会在人类下嘴之前就用物理知识“击退”人类体内一切的馋虫了。 

    

  参考文献: 

  [1] 晨薇.活化石鹦鹉螺[J].海洋世界,2016(01):16-19. 

  [2] 张玉娜,梁文晓,王莎莎,王丽丽,孟祥斌.虾蛄光感受器组织学特点研究[J].青岛农业大学学报(自然科学版),2016,33(04):321-324. 

  [3] 兰亚红.游泳技术之流体力学理论探析[J].科技信息,2010(28):119. 

  [4] 冯雅辉,裴柳.发光生物[J].生物学教学,2009,34(04):59-60. 

  [5] 严代伟.一条鱼涉及的物理知识[J].物理教学探讨,2004(24):32-43.

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