Flamingos: The Water-Bending Physics Masters
12:23 Share

猜谜时间：哪种动物是粉红色的，有着弯曲的喙，并且能够运用物理学原理制造出水龙卷？如果你猜的是火烈鸟，那就对了。本月发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究表明，在各种恶劣环境中，火烈鸟都已成为物理学、流体力学等领域的专家——所有这些都是为了捕获它们滤食的猎物。短波节目主持人雷吉娜·G·巴伯与生物力学研究员维克多·奥尔特加·希梅内斯坐下来，倾听这些鸟类为捕获猎物所付出的令人难以置信的努力。想了解更多物理学或动物发现？请发送电子邮件至[email protected]，告诉我们您感兴趣的科学领域。收听短波节目的每一集，无需赞助商，并通过在plus.npr.org/shortwave注册Short Wave+来支持我们在NPR的工作。了解更多关于赞助商信息选择：podcastchoices.com/adchoicesNPR隐私政策</context> <raw_text>0 此消息来自ShipBob。在您的电子商务网站、零售店或在线市场上销售商品，ShipBob可以处理来自这些平台及更多平台的订单，从而简化全渠道库存管理和履行流程。访问ShipBob.com获取免费报价。您正在收听来自NPR的短波节目。

嘿，短波听众们。我是艾米丽·匡，和我一起主持节目的还有我们的驻站物理学家雷吉娜·巴伯。嘿，吉娜。嘿，艾米丽。我有一个非常重要的物理问题要问你。好的。什么？好的。你喜欢火烈鸟吗？我喜欢所有的鸟类，但火烈鸟是最奇怪、最酷的鸟类之一。我也这么认为。这与物理学有什么关系？我现在要给你看一段它觅食的视频。好的。播放吧。

哦，这真可爱。好的，所以我们看到这只经典的粉红色长腿火烈鸟，但它正在通过将头部浸入水中来觅食。是的，它有一个长长的脖子上弯曲的喙和一个大大的舌头。我想我以前不知道它们是这样觅食的。它还在水中踩踏它的脚，像“砰砰”一样。

是的，是的。你会注意到它的头是倒着的，就像它的眼睛先进入水中一样。这种非常不寻常的觅食行为引起了维克多·奥尔特加·希梅内斯的注意，他研究生物力学。哦，所以他研究生物体的运动方式。是的，没错。2019年，在一次亚特兰大动物园之旅中，维克多看到了火烈鸟的觅食方式，它们像这样快速地张合喙部。这被称为“颤动”。

在动物王国中，这非常奇怪。动物们通常不会这样做。所以作为一个科学家，维克多想，为什么？怎么做到的？

这些华丽鸟类的秘密是什么？它们在流体中做了什么？因为我是一个生物学家，了解动物与环境（在这种情况下是流体）之间的相互作用的有趣之处对我来说非常有吸引力。好的，这是一个流体力学故事，不是吗？是的。那就是物理学部分。是的。关于所有这些火烈鸟的运动对水有什么影响的问题，引发了多年的研究。

这包括观察活火烈鸟、3D打印火烈鸟的喙和脚。不错。维克多和他的团队最近刚刚在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的所有研究结果。他们发现的结果令他们惊讶。♪

这种觅食行为的很大一部分，包括踩踏、喙部颤动、头部倒置，有时像掠过水面，有时则浸入和退出水面，这一切都是为了追求一件事。那是什么？水涡流。哦，就像漩涡。基本上，它们是在旋转水来捕猎。

火烈鸟是捕食者？是的，这也让我大吃一惊。它们制造水龙卷来将虾和其他食物吸入喙中。这太酷了。我们观察到它们正在产生一些类似龙卷风的涡流。

我们知道龙卷风具有破坏性，但它们非常有效地可以将地面或底部（在这种情况下是沉积物）的颗粒抬起来。继续收听节目，了解大自然的“控水大师”。我们将探讨火烈鸟如何利用其独特的时尚外观和舞蹈来控制周围的水，以及为什么所有这些都能在更恶劣的环境中获得更大的成功。您正在收听NPR的科学播客短波节目。♪

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好的，吉娜，让我们谈谈火烈鸟。我知道火烈鸟的觅食方式非常奇怪，而且它们在非常咸、泥泞的水域中觅食，那里几乎没有鱼。它们这种觅食行为是怎么回事？

是的。火烈鸟成群结队地生活，平均约70只鸟，但它们的数量可以超过300只，它们需要大量的食物。它们是滤食动物，这意味着它们通过嘴里的网状结构过滤水来觅食。哦，它们就像鲸鱼一样。是的。我也这么认为。但一些鸭子和天鹅也是这样做的。火烈鸟最喜欢的猎物是藻类、微小的卤虫、蝇蛆，以及鱼类也食用的其他小型生物。

所以火烈鸟会去那些鱼很少或没有鱼的地方，这样它们就能获得更多食物，竞争更少。哦，所以这就是它们成群结队地聚集在这些恶劣水域的原因。是的，无论是咸的、泥泞的水域，还是非常炎热的水域。这是维克多·奥尔特加·希梅内斯再次发言。事实上，一些火烈鸟也生活在温泉中。温度接近沸水。什么？所以……

是的，所以火烈鸟只是生活在这些环境中的极端动物。火烈鸟在热水浴缸里觅食。是的。大自然。就像……

整个故事，我获得了如此多的新信息。但让我们回到过去。让我们回到维克多在亚特兰大动物园看到火烈鸟在水中制造龙卷风的那一天。这促使他回家开始查阅科学论文。他意识到这方面的信息很少。关于火烈鸟觅食行为的研究很少。大多数都是对它们外形的描述。研究似乎主要集中在火烈鸟的舌头上。

撰写这些论文的研究人员认为，将食物送入喙中的主要驱动力是舌头，就像一个活塞将水吸入和排出一样。但维克多有一种预感，舌头并不是全部。一定还有更多。不可能全是舌头。为什么火烈鸟要倒着把头伸进水里觅食？是的。

是的。而且，为什么它们要踩踏它们的脚？是的，是的。为什么它们要行进？而且，为什么它们要颤动它们的喙，每秒张合12次？哇。这太多了。是的，非常非常快。所有这些都在同时发生。维克多和他的团队必须将整个过程分解。所以他们分别研究了四种不同的行为。

好的，带我们了解一下。他关注哪些行为？好的，首先让我们谈谈颤动，在这项研究中，它只是火烈鸟快速张合喙部。为了更深入地研究这个问题，维克多和他的团队去了纳什维尔动物园，拍摄火烈鸟觅食的镜头，以便他们可以将这些自然觅食的镜头带回实验室，并将其与他们用两组喙进行的实验进行比较。一组喙是3D打印的，另一组喙是从亚特兰大动物园捐赠的死亡火烈鸟身上取下来的。他们试图弄清楚什么？他们试图弄清楚，这种颤动有什么作用？我们的问题是，是什么产生了这种定向流动？是舌头吗？还是仅仅是颤动？令人惊讶的是，我们观察到在没有舌头的情况下也存在定向流动。所以它并没有使水旋转？不，舌头并没有真正使水旋转。实际上是喙本身的颤动，而且它也取决于喙的这种独特形状。

哦，是的，因为我认为火烈鸟的喙是弯曲的，对吧？是的。更具体地说，它们是不对称的。它们有点像L形，喙的顶部是平的，比下颌骨薄。维克多说这种不对称性很重要。

因为其中一个下颌骨保持静止，而另一个下颌骨在移动。所以这种不对称性导致了这种定向流动。这是火烈鸟与其他滤食动物（如鲸鱼）相比所做的事情。是的，所以火烈鸟与鲸鱼等滤食动物不同。它们做了更多的事情。明白了。好的。

他们还研究了哪些行为？他们研究的第二个行为是火烈鸟将头部直接伸入和伸出水中的事实。就像浸入一样。由于喙的形状，这也产生了涡流。为了

为了研究觅食的这一部分，他们在纳什维尔动物园训练了这些智利火烈鸟在水族箱中觅食。他们用每次喙部浸入时产生的微小水龙卷进行了记录。这有助于食物漂浮到它们的喙中。听起来很美味。好的，火烈鸟。

快速总结一下，是喙部的颤动加上喙部的形状。是的，就像所有这些东西一起工作，共同创造这些涡流一样。脚踩踏呢？是的，维克多和他的团队也研究了这一点。他们创造了一个像机械火烈鸟脚一样的装置，当你踩入水中时，它是平的。我们知道，火烈鸟在踩踏时，脚对沉积物是张开的。而且

然后当它抬起时，它会像一把伞一样收缩。它们所做的是产生一个涡流。这就是火烈鸟的脚在野外实际的工作方式。在实验室里，他们看到，是的，这种运动也产生了涡流。它们可以踩踏来觅食？是的。好吧，它们经常踩踏或像跳舞一样行进。关于所有这些，我可以……

现在可以看出所有这些元素是如何协同工作的，火烈鸟不仅仅是被动的食客。不。它们正在引导食物进入它们的嘴。是的。记住我们说过它们是捕食者，对吧？这就是维克多想要表达的主要观点，他知道，它们将所有这些不同的适应性和行为结合到这种盛宴舞蹈中。我们中间的“控水大师”。是的。

我的意思是，即使是我之前提到的掠过水面的行为，这种运动也有助于产生涡流，从而将食物颗粒以这种方式带入它们的喙中。所有这些，这种火烈鸟特有的舞蹈，还有其他鸟类将多种行为结合起来创造出一整套涡流交响曲吗？有一种类似于鹬的小型滨鸟，它们确实会产生涡流。这些鸟……

因为它们会绕圈游泳而闻名。它们正在产生一些涡流，它们正在抬升一些颗粒，并且它们正在界面处觅食。但维克多说这与火烈鸟不同。但没有其他机制像火烈鸟一样，因为它们在水中。好吧，让我问你这个问题，吉娜。如果火烈鸟的觅食方式在鸟类中如此独特，那么科学家们是否了解火烈鸟是如何进化成这样的？是的，我的意思是，他们知道一点。他们肯定想了解更多。他们如何才能了解更多信息呢？通过观察幼鸟。

火烈鸟幼鸟。是的，火烈鸟幼鸟。它们没有弯曲的喙。它们的喙是直的。它们如何觅食？好吧，它们的父母会产生这种乳汁，它们会喂养它们。但在喙开始弯曲之前，幼鸟确实开始自己觅食。所以，研究火烈鸟从直喙到弯曲喙的转变过程中是如何觅食的，可以告诉科学家们很多关于火烈鸟祖先的信息。

此外，维克多说，有很多滤食性鸟类，也许科学家们忽略了一些东西。也许现在其他鸟类正在利用涡流，但我们只是没有足够地研究它。是的。也许它在火烈鸟中并不独特，但我们需要做更多的研究才能找到答案。好吧，吉娜，这项工作如何帮助科学家？

人们，不要总是以我们为中心，但我很好奇。我的意思是，我认为这是一个合理的问题。这是我问维克多一个问题。他的回答非常令人惊讶。因为我们知道火烈鸟可以提取细胞大小的颗粒。因此，我们可以考虑基于火烈鸟制造一种仿生工程过滤系统，这种系统可以有效地提取这些微塑料。

火烈鸟每天用来觅食的过滤系统可以帮助人类开发出可以清洁我们海洋的过滤器。哦。我们可以解决……我的意思是，火烈鸟可以解决，我们可以利用这一点。一种受火烈鸟启发的过滤系统可以去除微塑料？这太酷了。是的，是的。我的意思是……

火烈鸟在这些泥泞的水域中觅食，这并没有真正堵塞它们的系统。所以这可能是一个理想的系统，可以真正理解和模仿。所以，是的。所以火烈鸟可以帮助我们制造这些更好、更活跃的生物过滤器。基础研究的力量，或者说是火烈鸟的力量。是的。吉娜，非常感谢你向我们报道这些鸟类以及它们的觅食方式。我很乐意效劳，艾米丽。

本集由伯利·麦科伊制作，由我们的节目主持人丽贝卡·拉米雷斯编辑，并由泰勒·琼斯事实核查。音频工程师是罗伯特·罗德里格斯和吉米·基利。贝丝·多诺万是我们的高级总监，科林·坎贝尔是我们的播客战略高级副总裁。我是艾米丽·匡。我是雷吉娜·巴伯。感谢您收听来自NPR的短波节目。此消息来自Thrive Market。食品行业是一个数十亿美元的行业，但并非货架上的所有产品都是为了您的健康而生产的。

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