這種好吃的入侵生物死了還能游，甚至能逆流而上，物理學(xué)家們聞之大喜 原創(chuàng) 萬物 把科學(xué)帶回家

撰文 七君

人死了還能繼續(xù)走的話，先不說《釜山行》和《行尸走肉》會(huì)不會(huì)變成紀(jì)錄片，至少打工人的永動(dòng)機(jī)就一步達(dá)成了。那么，魚死了還能游么？

實(shí)際上，是可以的。在十來年前，哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究者首次發(fā)現(xiàn)，有一種魚在死掉后還可以像活著的時(shí)候那樣繼續(xù)游動(dòng)，甚至可以逆流而上。

這是一條死掉的虹鱒（Oncorhynchus mykiss）在游。圖片來源：Lauder, Harvard

這種魚就是虹鱒（Oncorhynchus mykiss）。

虹鱒是一種很常見的水產(chǎn)，它的肉和同科（鮭科）的大西洋鮭（老百姓理解的“三文魚”）類似，因此曾被拿來冒充大西洋鮭，在我國曾引發(fā)巨大爭議。

虹鱒肉看起來和大西洋鮭很像，圖片為法國售賣的煙熏虹鱒。圖片來源：world.openfoodfacts.org

因?yàn)榫哂薪?jīng)濟(jì)價(jià)值，在被引入了許多國家后，虹鱒不出意料地變成了世界百大外來入侵種。

虹鱒（上）和大西洋鮭（下）。圖片來源：wikipedia

鱒魚死了也能逆流而上，這聽起來真的很嚇人，不懂流體力學(xué)的人。死掉的虹鱒繼續(xù)游動(dòng)并沒有違反物理規(guī)律，相反，它正是依靠物理學(xué)才能變成游動(dòng)的僵尸。

這一切都要從一條叫做卡門渦的街開始。

當(dāng)水或氣體經(jīng)過一根棒槌的時(shí)候，棒槌后方就會(huì)出現(xiàn)一連串左右交替的渦旋，這就是卡門渦街（Kármán vortex street）。

卡門渦街。圖片來源：wikipedia

臨近的兩個(gè)渦旋還會(huì)相互幫忙砍一刀，也就是發(fā)生相長干涉。這樣的結(jié)果就是，在臨近的兩個(gè)渦旋之間還有一股朝著棒槌方向的逆行水流，把附近的水流往棒槌那兒擼。

那么，逆行水流到何處終止呢？那就是卡門渦街的末端，也就是棒槌直徑2倍處，這里就是棒槌產(chǎn)生的抽吸區(qū)（suction region）的邊界。

這個(gè)能要人命的區(qū)域我們之前在介紹野外游泳禁區(qū)時(shí)也講過，小學(xué)生千萬別嘗試。但是和人類不同，虹鱒特別喜歡逛卡門渦街，喜歡追著抽吸區(qū)跑。

虹鱒在卡門渦街后游動(dòng)時(shí)，穿行在渦旋之間，動(dòng)作像是在畫8。圖片來源：web.mit.edu

哈佛大學(xué)生物工程學(xué)家 James Liao 和同事發(fā)現(xiàn)，在前方出現(xiàn)卡門渦街時(shí)，虹鱒可以在抽吸區(qū)附近不費(fèi)力地左右節(jié)奏搖擺，這種搖擺幅度很大，像扭秧歌的大媽，在水中不停地畫8。

虹鱒在卡門渦街后的風(fēng)騷走位此前從來沒有在其他魚類中被發(fā)現(xiàn)，是獨(dú)一無二的，因此被取名為卡門步態(tài)（Kármán gait）。Liao 和同事把相關(guān)研究發(fā)表在了2003年的《科學(xué)》以及其他學(xué)術(shù)期刊上。

更詭異的是，哪怕死掉的鱒魚也可以在卡門渦街后游泳，甚至能逆流而上。死掉的鱒魚在卡門渦街里的振動(dòng)頻率和它活著的時(shí)候一樣，而且動(dòng)態(tài)和活魚沒什么不同。

死掉的虹鱒在卡門渦街后游動(dòng)。

死魚還能死亡蹦迪，它們的“槌”死掙扎顯然不是生物驅(qū)動(dòng)的，而是流體驅(qū)動(dòng)的。為了理解這種奇特的現(xiàn)象，Liao 在虹鱒的肌肉里安插了電極，用來測量肌肉電流，并據(jù)此推算它們游動(dòng)時(shí)所花的能量。

Liao 發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上在卡門渦街后面，逆流而上比在靜水中躺平要容易得多?！澳嫠兄?，不進(jìn)則退”的老話在虹鱒身上是謬論。

他指出，在混沌的漩渦中游泳的虹鱒只用了一小丟能量，和順流而下時(shí)沒差多少，而且只動(dòng)用了一小啾肌肉，無需大腦參與，因此死掉的鱒魚也能猥瑣地游起來，甚至能逆流而上。

顯然，卡門渦街能驅(qū)動(dòng)虹鱒，給鱒魚搓出進(jìn)擊的“魔法球”。這也能解釋，不管活著還是死了，虹鱒在卡門渦街后面的扭動(dòng)頻率，以及頭的擺角都是一樣一樣的。

這條死掉的虹鱒雖然也能利用卡門渦街，但是會(huì)被抽吸區(qū)吸住。圖片來源：Lauder, Harvard

當(dāng)然了，活魚和死魚也不是完全沒有區(qū)別：死魚沒有辦法控制自己的運(yùn)動(dòng)，因此有時(shí)死鱒魚在抽吸區(qū)內(nèi)會(huì)撞上棒槌，然后彈回下游。另外，只有剛剛?cè)ナ赖暮琪V才能被卡門渦旋驅(qū)動(dòng)，愉快地游起來，已經(jīng)尸僵成棒槌的就不行了。

因?yàn)樵诳ㄩT渦街里游泳特別省力，虹鱒還會(huì)主動(dòng)尋找卡門渦街，比如流水中的大石頭后面。垂釣的人都知道，鱒魚喜歡躲在石頭后面“歇腳”，這個(gè)現(xiàn)象背后就是這個(gè)道理。

為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，Liao 還在加拿大的溪流里進(jìn)行實(shí)地觀察。他在溪流里放上棒槌，觀察到鱒魚會(huì)聚集到棒槌后方，展現(xiàn)出和實(shí)驗(yàn)室里類似的動(dòng)態(tài)。

研究者們發(fā)現(xiàn)，虹鱒喜歡利用卡門渦旋，其圖片來源：fish code studios

當(dāng)然了，卡門渦街也能解釋為什么魚會(huì)聚集成群，因?yàn)槊織l魚都在利用其他魚產(chǎn)生的卡門渦街的輸出輔助。Liao 發(fā)現(xiàn)，兩條并排游動(dòng)的魚產(chǎn)生的湍流和棒槌后面的卡門渦街類似，因此會(huì)吸引其他魚兒過來搭便車。

這一點(diǎn)對(duì)一些海洋哺乳動(dòng)物也適用。海豚和鯨喜歡追著人類的輪船跑，很可能也是在利用人類輪船帶來的卡門“魔法球”，可不是為了交個(gè)朋友。

其實(shí)上面都不算最驚人的。Liao 和同事在2006年發(fā)表在《流體力學(xué)期刊》（Journal of Fluid Mechanics）上的一篇論文指出，捕鯨人曾觀察到死掉的鯨也能在捕鯨船后以每小時(shí)1海里的速度“游”很長時(shí)間。這恐怕也是卡門渦街用未冷的尸首召喚出的“死亡尾行”。但是對(duì)于這些哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究者們來說，卡門渦街和鱒魚的這種死亡對(duì)線不僅不嚇人，甚至有望創(chuàng)造出“不插電”的能量捕捉設(shè)備，將大氣和海洋中原本礙事兒的湍流“馴化”成環(huán)保能源。

總之，這種“僵尸”帶給人類的不是恐懼，而是希望。

是美食，也是新能源的工程尸。

封面來源：wikimedia

參考資料：

https://docs.qq.com/doc/DVGlWQWNia2thaHVn

原標(biāo)題：《這種好吃的入侵生物死了還能游，甚至能逆流而上，物理學(xué)家們聞之大喜》

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