说到大象,你真搞懂它们吃东西的方式了吗
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提到大象的进食,大家先想到的是卷起鼻子勾树枝的大象吧,或者是往嘴里喷水喝的大象。但是很显然,对于大象的食物,我们有很大的误解。


尽管大象的躯干重达100多公斤,但它们主要以轻质植物为食。大象是如何控制这些小东西的呢?

根据皇家学会的刊文,佐治亚理工学院的研究发现,大象扩张鼻孔是为了在它们的鼻子中创造更多的空间,使它们能够储存多达9升的水。它们还可以达到每秒吸食三升水的速度——这一速度比人类打喷嚏(每秒150米/每小时540公里)快50倍。

大象的鼻子上只有肌肉、神经、血管、组织和皮肤。大概有15万的肌肉群,那是人类全身肌肉群的200倍,同时布满了大量的神经末梢,这样的鼻子用途当然不会那么简单。

实验人员在亚特兰大动物园进行了研究,发现他们的鼻子可以利用吸力来抓取食物,不过,这种行为曾经被认为是独属于鱼类的特色。

在论文中,研究团队通过对大象鼻孔、肺部压力、鼻子边缘流速等数据的数学建模,表明大象的鼻孔大小和肺部容量使它们能够使用与人类肺部相当的压力抓取物品。

举个栗子




大象吸食粘稠液体的超声成像显示,大象的鼻孔半径扩张达30%,使鼻腔容积增加64%。根据所施加的压力,估计大象吸气的速度超过150米/秒,几乎是人类打喷嚏速度的30倍。这些高空气速度使大象能够吸走成堆的芜菁薯块以及脆弱的玉米片。

实验人员希望这些发现能指引机器人利用吸力进行操纵的技术。

虽然章鱼可以使用水柱来移动,射水鱼(Archer Fish)在水面上射水来捕捉昆虫,但佐治亚理工学院的研究人员发现,大象是唯一能够在陆地和水下使用吸力的动物。

“一头大象每天要吃大约400磅的食物,但人们并不了解它们是如何利用鼻子每天18小时地拾取轻质食物和水。”

“事实证明,它们的鼻子就像行李箱一样,在必要时能够膨胀。”

舒尔茨和佐治亚理工学院的团队与亚特兰大动物园的兽医合作,研究大象吃各种食物的情况。例如,对于大的芜菁甘蓝方块,大象会用鼻子抓住并收集它们。先吸起较小的方块,并发出响亮的吸尘声,或像人啜饮面条的声音,然后将蔬菜转移到它的嘴里。

为了了解更多吸力的数据,研究人员给大象了一个薯片,并测量施加的力。有时,动物压住薯片并吸气,将薯片悬挂在鼻子的顶端而不折断。这类似于一个人把一张纸吸到嘴里。其他时候,大象从远处施加吸力,将薯片吸到鼻子的附近。(不会呛的打喷嚏吗)

"舒尔茨的顾问、佐治亚理工学院伍德鲁夫、机械工程学院的教授胡大卫说:"大象的鼻子就像一把瑞士军刀。"既可以闻味道,也可以抓东西,甚至可以当吹风机和吸尘器。

通过观察大象从一个水箱中吸水的过程,在短短1.5秒内,大象的鼻子吸走了3.7升的液体,相当于20个厕所同时冲水。

人们还装了一个探头用来看鼻子的内部肌肉如何工作。通过收缩这些肌肉,大象将其鼻孔扩张到130%。这降低了鼻壁的厚度,使鼻腔容积扩大了64%。

“大象的鼻腔相对较小,它吸入的水却比它应该吸入的多。”直到通过超声图像看着鼻孔扩大,人们才发现大象是怎么膨胀自己的鼻子的,动物可以储存的水远远超过我们最初的估计。"

舒尔茨说,这些独特的特性在软体机器人和保护工作中都有应用。

“通过研究躯干肌肉运动背后的力学和物理学,我们可以应用物理机制——吸力和抓力的组合——来寻找制造机器人的新方法。”

"与此同时,由于偷猎和栖息地的丧失,非洲象现在被列为濒危物种。它的鼻子使它成为研究的独特物种。更多地了解它们,我们可以学习如何更好地保护野外的大象。"

参考来源:
Suction feeding by elephants
https://doi.org/10.1098/rsif.2021.0215

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原文始发于微信公众号(孤岛巨鲸):说到大象,你真搞懂它们吃东西的方式了吗