生活科普:同样都是舔水喝,为什么猫比狗优雅这么多?
来源:科普中国
发布时间:2022-08-05
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一眼看过去,你会觉得猫和狗喝水没什么区别,都是用舌头舔。

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狗和猫之所以选择舔水,而不是吸水,是因为猫狗等食肉动物的面部肌肉和人类比,少了太多,在断奶之后不能密封口腔来产生吸力,所以必须依靠舌头将水送入口中。

如果光是简单观察猫和狗喝水,并没什么太大的差别,都是把舌头伸出来,然后做出舔舐的动作。

但如果引入了流体力学的研究方式,你就会发现,猫和狗喝水的方式并不一样。

01

猫是如何喝水的?

1940 年,美国洛杉矶的大使酒店举办了第 12 届奥斯卡金像奖颁奖典礼,那年,大卫·O·塞尔兹尼克制作的《乱世佳人》获得了包括最佳影片的 13 个奖项,无疑是当年的最大赢家。这和猫舔水有什么关系?我想说的并不是《乱世佳人》,而是那年的奥斯卡的最佳短片《眨眼之间( Quicker 'n a Wink )》。

这个短片介绍了一种摄影技术——频闪摄影,这是一种借助电子闪光灯的连续闪光,在画面上记录物体的连续运动过程。**因为一瞬间的动作,在频闪的作用下,几十个影像会同时出现在画面上,所以可以展示出人肉眼无法看到运动过程。

在短片里面,展示了不同物体的慢动作,比如鸡蛋落在桨叶上被打碎的一瞬间,细针搓破气泡的刹那等等。其中,在 4 分 30 秒的时候,展示了一只黑白小猫的舔奶过程。通过频闪摄影,猫的高速舔奶瞬间以慢动作的方式展现了出来。

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不过这个视频离解答猫是如何舔水的问题,还差得远呢!这毕竟只是一个短片,展示的只是一个抽象的过程,并没有数据化的表述过程,算不上科学,要知道这可是科普文章。

Pedro M. Reis是一位物理学教授,他对猫如何舔水这个问题很感兴趣,在看了上面介绍的频闪摄影短片后,2010 年,他做了一个猫舔水的流体力学研究。他先找来了 10 只猫,并用高速摄影机捕捉它们舔水的每一个细节,进而转化为数据来分析。

下面几张图展示的是高速摄影机拍下的猫舔水过程:

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图片来源:参考文献【1】

你会发现,在单次舔水的过程中,猫的舌尖并不是伸进液体里把奶舀进嘴里。而是将舌尖卷曲类似于一个平面,然后靠短暂地接触液面,把水稳定“带”到 3 cm的高度,在水因为重力作用下坠之前,把嘴合上,把滞空的水柱含住。这么反反复复舔 11 次,便完成了喝水的过程。

下图是猫舔水的频率(舔的动作是从舌头的伸出开始,到关上嘴巴),你可以看到舔的频率是相当稳定的,大概是每隔 0.25 s舔一下。

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图片来源:参考文献【1】

舔水的最大速度约是 78 cm/s(下图)。

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图片来源:参考文献【1】

水是如何被舌头带上来的呢?科学家认为,当舌头以一定的速度接触液体并离开的时候,水具有一定的粘性,动量的传递会让一部分水因惯性带离水面,就像汽车刹车的时候会把人甩出去一样。上升过程中因为有重力,水的上升速度不断减慢,只能到达一定高度。在整个作用力分析中,粘滞力和毛细管力可以忽略不计。

所以说猫在舔水的时候,不是用舌头把水舀进嘴里,而是通过惯性,把水带上来,再含住。而猫舔水的频率刚刚好在惯性和重力之间进行了完美的平衡,如果再快一点或者再慢一点都不能喝到最多的水。

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为了验证自己的想法是对的,即猫舔水的频率是由重力和惯性决定的,科学家做了一个模型来复刻舔水瞬间,模型上圆盘的大小和猫舌头接触液面的面积大小一样。这个模型会垂直接触水的表面,通过改变接触面的大小和速度,来观察这两个因素对被带上来的水的体积的影响。

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图片来源:参考文献【1】

然后科学家发现,只有以猫舔水的速度和频率接触并离开水面的时候,上升的水柱体积才是最大的。所以说,猫舔水的方式是最科学的,虽然猫并不知道什么是科学。

然后科学家通过 Youtube 观察了其他猫科动物,比如老虎、狮子、美洲狮等,结果发现猫科动物的舔水都是有规律的,并且符合一个公式:

f = 4.5 M ^− 0.14 ,f 是频率,M 是动物的质量,单位是千克。公式可以简单理解为,越重的猫咪,舔水的频率越低。

02

狗是如何喝水的?

狗舔水可没有猫咪那么优雅了。同样地,科学家也是通过高速摄影机对狗狗舔水进行观察。在高速摄影下,可以观察到狗舔水的基本机制和猫差不多,都是舌尖向后弯曲,然后快速地接触水面,把水给带上来。

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图片来源:参考文献【2】

为了更清晰地看到水是如何进入狗口中的,科学家甚至动用了 X 光机进行拍摄。既然用了 X 光机,狗喝的水肯定也不是普通的水了,而是混合了钡和奶的混合物。这下可以清晰地看到,狗也是利用惯性,用舌头把水给“引”上来的。

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图片来源:参考文献【2】

但狗舔水不同的地方是,狗舔水会把舌头更深地伸入到水里面,再把舌头缩回来的时候,这时就会溅出很多的水花。也因为狗舔水舌头进入水更深,因此给人一种狗是用舌头把水舀起来的错觉。

总结一下,虽然猫和狗的舔水机制一样,但狗舔水的时候,控制不好舌头进水的深度,会打出一个水花,这时候就有可能搞得自己和地板都湿漉漉的;而猫舔水的时候,则会是相对稳定的水柱,动作显得很干净。打个比方,如果说猫咪是跳水运动员,压得住水花,那么狗子就是一个普通人跳水。

看来,猫比狗优雅是真的科学,喝水压水花就可以看得出来。

参考文献:

1、Reis P M, Jung S, Aristoff J M, et al. How cats lap: water uptake by Felis catus[J]. Science, 2010, 330(6008): 1231-1234.

2、Crompton A W, Musinsky C. How dogs lap: ingestion and intraoral transport in Canis familiaris[J]. Biology letters, 2011, 7(6): 882-884.



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