大象的鼻子是怎么喝水的（大象的鼻子是如何操縱空氣來進食和飲水的）

2023-05-04 01:44:04

喬治亞理工學院的一項新研究發現，大象擴大鼻孔是為了在它們的象鼻中創造更多的空間，使它們可以儲存多達9升水。它們還能以每秒3升的速度吸入空氣，比人類打噴嚏的速度快50倍(150米/秒)。

喬治亞理工學院的這項研究試圖更好地理解大象如何用鼻子移動和操縱空氣、水、食物和其他物體的物理原理。他們還試圖了解，這種機制是否能激發人們創造出更高效的機器人，利用空氣運動來固定和移動物體。

章魚利用射流移動，箭魚將水射出水面捕捉昆蟲，而喬治亞理工學院的研究人員發現，大象是唯一能夠在陸地和水下利用吸力的動物。

這篇題為「大象吸吮進食」的論文發表在《皇家學會界面雜誌》上。

領導這項研究的喬治亞理工學院機械工程博士生安德魯·舒爾茨（Andrew Schulz）說：「一頭大象每天要吃掉大約400磅（約363斤）的食物，但我們很少知道它們是如何在18個小時內用它們的鼻子來搬運輕便的食物和水的。事實證明，它們的行李箱就像手提箱一樣，在必要時可以膨脹。」

舒爾茨和喬治亞理工學院的團隊與亞特蘭大動物園的獸醫合作，研究大象吃各種食物的情況。例如，對於大的蕪菁甘藍，它會用象鼻牢牢地抓住並收集它們。再把蔬菜送入嘴裡之前，它會先吮吸一部分蔬菜，發出響亮的吸塵聲，或者是人吃麵條的聲音。

為了了解更多有關吸力的知識，研究人員給大象一塊玉米餅片，並測量其施加的力。有時，動物按下晶片，吸入，懸浮在樹幹頂端的晶片，而不打破它。這就像一個人用嘴吸入一張紙。其他時候，大象從遠處吸力，把碎片拉到它的鼻子邊緣。

舒爾茨的顧問、喬治亞理工學院喬治·w·伍德拉夫機械工程學院的教授戴維·胡(David Hu)說：「大象用它的鼻子就像一把瑞士軍刀，它可以探測氣味並抓東西。其他時候，它會像吹葉機一樣把物體吹走，或者像在真空裡一樣把它們吸進去。」

通過觀察大象從水族箱中吸入液體，研究小組能夠記錄液體的持續時間和體積。在1.5秒內，後備箱吸收了3.7升水，相當於20個馬桶同時衝水的量。

用超聲波探頭測量軀幹壁，觀察軀幹內肌肉的工作情況。通過收縮這些肌肉，這種動物的鼻孔會擴張30%。這會減少鼻壁的厚度，並使鼻容積擴大64%。

舒爾茨說：「一開始，大象的鼻腔相對較小，它吸入的水量比它應該吸入的要多。直到我們看到超聲波圖像，看到鼻孔擴張，我們才意識到它們是如何做到的。空氣使鼻腔打開，這種動物可以儲存比我們最初估計還要多得多的水。」

根據所施加的壓力，舒爾茨和他的團隊認為大象吸氣的速度與日本時速300英裡（約每小時483公裡）的子彈頭列車相當。

舒爾茨說：「這些獨特的特性可以應用於軟機器人和保護工作。」

舒爾茨表示：「通過研究軀幹肌肉運動背後的力學和物理原理，我們可以應用物理機制，吸力和抓握的結合，來尋找製造機器人的新方法。與此同時，由於偷獵和棲息地的喪失，非洲象現在被列為瀕危物種。它的鼻子使它成為一種獨特的研究物種。通過更多地了解它們，我們可以學習如何更好地保護野生大象。」