都說企鵝可愛，人們(men) 之所以覺得它可愛，一部分是因為(wei) 它憨態可掬，配色和熊貓一樣都是黑白相間的，另一部分是因為(wei) 它走起路來搖搖晃晃。

　　左右搖晃看著就很浪費能量…… 圖源：giphy

　　走路晃頭晃腦的，在冰麵上行走自然容易摔倒。

　　哎呀我摔倒了 圖源：giphy

　　不過企鵝為(wei) 什麽(me) 要左右搖擺呢？為(wei) 什麽(me) 就不能好好走路呢？

　　搖擺不是賣萌，而是為(wei) 了提高行走效率

　　加州大學伯克利分校的 Timothy m. Griffin 和科羅拉多大學博爾德分校的 Rodger Kram做了一個(ge) 研究，關(guan) 於(yu) 企鵝走路的力學分析 。他們(men) 發現企鵝這麽(me) 走路是為(wei) 了提高能量的利用效率。

　　是不是覺得不可思議？因為(wei) 企鵝走路看起來其實很不高效，企鵝是要向前走的，但它卻向左右方向搖晃，左右搖晃和前進是矛盾的，感覺能量被分走了一部分給左右搖擺。

　　在介紹實驗之前，先來講講行走效率是怎麽(me) 一回事。

　　行走效率不僅(jin) 僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 肌肉和骨骼的形態，還取決(jue) 於(yu) 如何使用它們(men) 。人類的步態之所以高效，是因為(wei) 我們(men) 每走一步都會(hui) 輕微地向前傾(qing) 斜，借助重力推動我們(men) 前進。如果我們(men) 不利用重力，單純靠肌肉的發力，那麽(me) 我們(men) 就要多花費65%的能量。這65%也被成為(wei) 能量回收率。

　　接下來介紹實驗，科學家去海洋公園那裏找了5隻帝企鵝，連哄帶騙地把人家引到了一個(ge) 專(zhuan) 門為(wei) 企鵝設計的“跑步機”上。這個(ge) 跑步機可以測試企鵝每一步的力量大小、方向以及移動速度。

　　研究中，兩(liang) 個(ge) 科學家測量了帝企鵝行走過程（0.5m/s）中的能量回收率，居然達到了80%，超過了人類的回收效率。不僅(jin) 如此，研究者還認為(wei) 企鵝步態是所有陸行動物中能量回收率最高的。

　　a、b 帝企鵝在0.54m/s行走速度時的重力勢能和動能的波動圖 c 、dy搖擺的能量回收效率 圖源：文獻1

　　假如企鵝沒了搖晃的側(ce) 向運動，那麽(me) 它的步行效率將會(hui) 降低很多。因為(wei) 企鵝的左右搖擺的時候，重心會(hui) 發生變化，產(chan) 生重力勢能，進而轉化為(wei) 動能。

　　但企鵝行走消耗的能量是同體(ti) 型動物的兩(liang) 倍（能量回收率和能量大小是兩(liang) 個(ge) 值）。

　　因為(wei) 它們(men) 的腿太短了，而且大部分的腿還藏在了厚厚的羽毛下麵，這導致它行走太困難了，耗能高也是自然而然的。

　　圖源：Wikipedia

　　和珍珠雞、鴕鳥一比，你就知道企鵝的腿是多麽(me) 短小了。

　　圖源：文獻1

　　最後，科學家得出結論，企鵝的步態不是因為(wei) 左右搖晃才耗能高，而是因為(wei) 腿太短了，相反，左右搖晃是為(wei) 了彌補腿短的缺陷。

　　瘦企鵝是怎麽(me) 走路的？

　　後來，其他科學家對企鵝步態做了進一步的研究 ，看看體(ti) 重變化會(hui) 不會(hui) 對步態造成影響。

　　隻不過他們(men) 沒找帝企鵝，而是找了10隻王企鵝，而且它們(men) 的體(ti) 重也比一般的企鵝要肥。同樣地，它們(men) 也被安排上了跑步機，跑步機時速為(wei) 每小時1.4公裏。另外也多記錄了企鵝三軸運動（前後、上下、左右）加速度的數值。

　　企鵝身體(ti) 左右搖擺加速度隨時間的變化，正值表示右側(ce) 傾(qing) 斜，負值表示左側(ce) 傾(qing) 斜 圖源：文獻2

　　它們(men) 在保持原有體(ti) 重的情況下，先在跑步機上測試，科學家記錄了運動時候的相關(guan) 數值。後來，科學家讓企鵝禁食兩(liang) 個(ge) 星期，體(ti) 重減下來了2公斤多點，然後再上跑步機測試。

　　王企鵝在跑步機上 圖源：sciencenews

　　成年王企鵝在保護它們(men) 的蛋時，有時會(hui) 禁食長達一個(ge) 月，但它們(men) 會(hui) 提前儲(chu) 存幾磅脂肪作為(wei) 補償(chang) ，所以不用擔心禁食兩(liang) 周是虐待。這也是為(wei) 什麽(me) 科學家會(hui) 選擇肥一點的企鵝，這樣體(ti) 重變化更容易也更明顯，方便科學家們(men) 研究體(ti) 重對企鵝步伐的影響。

　　原本以為(wei) ，體(ti) 重變輕了，走路自然輕鬆了，速度自然會(hui) 加快。因為(wei) 不管是現實中的觀察，或者一些科學研究，都表明肥胖的人或者孕婦很容易改變步態來應對體(ti) 重的增加，比如拓寬他們(men) 的站姿，步伐更短。

　　但令科學家驚訝的是，雖然企鵝減肥後左右搖晃的幅度減小了，但並沒有改變它們(men) 的步頻或姿勢。

　　相對於(yu) 瘦子企鵝（11kg），胖子企鵝（13.2kg）的重心稍微向前一些，走起路就不太穩 圖源：文獻2

　　這個(ge) 研究表明，企鵝越胖，左右搖擺幅度越大。結合前麵第一個(ge) 研究，可以得出結論，企鵝之所以搖搖晃晃是因為(wei) 腿短，而搖晃的幅度大小則取決(jue) 於(yu) 體(ti) 重大小。而這一切最終都可以解釋為(wei) ，為(wei) 了節省能量……

　　當然，我不知道對人來說，更胖的人走路時左右搖擺會(hui) 不會(hui) 提高能量回收率，哪個(ge) 人來試試？

　　參考資料：

　　1、^Griffin T M, Kram R. Penguin waddling is not wasteful[J]. Nature, 2000, 408(6815): 929-929.

　　2、^Willener A S T, Handrich Y, Halsey L G, et al. Fat king penguins are less steady on their feet[J]. Plos one, 2016, 11(2): e0147784.

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