研究动物排尿，拿搞笑诺贝尔奖

本文来自微信公众号：一条（ID：yitiaotv），自述者：胡立德，编辑：余璇，原标题：《为什么哺乳动物排尿时间都是21秒？他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖》，头图来自：New York Times，摄影：Melissa Golden

胡立德，科学家，华裔。

他的研究非常“另类”：人和动物的尿、袋熊的屎、猫舌头、狗甩水……

2016年，他的3项研究，被列入“美国最浪费的20个科学项目”名单中。

在2015年搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上

然而他先后两次获得了在哈佛大学颁发的“搞笑诺贝尔奖”，颁奖者都是货真价实的诺贝尔奖得主。

此外，他还获得了“中国版搞笑诺贝尔奖” ——菠萝科学奖3次。

胡立德的父母是第一代移民，对他说的最多的话，是要对万物保持好奇心。

中国文化的底蕴、父母的引导、对自然的热爱，都给他带来不同的思路，做跟别人不一样的研究，走别人没走过的路。

9月中旬，一条与胡立德视频连线，聊了聊他看似搞笑、实则深刻的研究，以及好奇心教育对一个人的长远影响。

浪费科学家胡立德

（图片来自 New York Times ，摄影：Melissa Golden）

佐治亚理工大学是美国三大理工院校之一，胡立德是学校里唯一的一位跨机械工程系和生物系的教授。

不过他看起来既不威严也不冷酷，踩着拖鞋上课，和学生叠罗汉拍照，甚至翻着空翻上台领奖，最爱的游戏是超级玛丽。

因为要做仿生学的研究，实验室里养了不少动物：火蚁、蛇、蚊子、袋熊……有时候好几天不去实验室，蛇就会打破玻璃柜，从门缝底下游出去。“有一些同事他们怕死了，走在外面看到蛇，就会喊：哇！这是胡立德的研究。然后我会去把它们抓回来。”

说起蛇，胡立德的妻子范佳还记得当年两人去参加朋友聚会，他带着一条2米多的蛇，挂在脖子上，大摇大摆地走进来：“这和带着一条狗没有两样。”

胡立德在2015年搞笑诺贝尔奖颁奖典礼上。搞笑诺贝尔奖有近三十年的历史，每年评选一次，在哈佛大学颁发。口号是：“研究先让你笑，然后思考。”

胡立德也留过长发，会梳着和女儿一样的羊角辫出门，“科学家应该在所有地方做实验，甚至发型”。如今刚过不惑之年的他，虽然发际线在后退，心里却仍保持着少年时旺盛的好奇心。

他最近的两篇学术论文是关于袋熊……的粪便：“为什么袋熊的大便是方形的？”这一发现让他再次获得了2019年的搞笑诺贝尔奖。在颁奖大会上，胡教授和队友们一脸认真地宣布：“现在终于证明，圆形的通道也能生产出方形的物品！”众人哄笑。

袋熊和它的方形粪便。研究发现，袋熊大肠的肠壁厚度不均，其中有两个地方比较硬，粪便经过时就会被挤压出棱角。

现在，胡立德与范佳、一儿一女生活在美国南部。一条近日与他们进行了一次视频连线。

采访时，一家四口都在，哥哥还把在家门口捡到的一只蝉壳拿来“秀”了一番，以及胡立德从番茄树上抓下来存在泡菜罐子里的虫。范佳说，孩子们从小看着爸爸匪夷所思的行为长大，对一切也充满了好奇。

以下是胡立德的自述。

换尿布提供的灵感 

我是胡立德，平时教书，做研究，写科普书，周末和我的两个小孩一起下棋、击剑。

模仿狗、人类和犀牛排尿的实验

9年前有一天，我在给儿子换尿布，他突然就开始尿了，于是我量了量他尿的时间和我自己尿的时间，竟然差不多。我继续去到动物园去看，结果发现从小狗到大象，哺乳动物排尿的平均时长都是21秒，哪怕膀胱的大小差了100倍！

“为什么哺乳动物的排尿时间是21秒”——这个发现让我第一次获得搞笑诺贝尔奖。

有一个日本的泌尿医生看到后说，哦这个很厉害。平时他们会用一个很贵的机器来测量人尿的速度，但现在他们可以从排尿时间来判断一个人的膀胱是否健康。

我第一次见到我太太的时候，她带着前男友送的情人节礼物——一只咖啡色的贵宾犬。

我跟它虽然互不喜欢，但它的甩水能力让我惊讶。我就开始利用高速摄像机研究狗甩水的速度，以及其他不同体积的动物的甩水能力，再延伸到对生活中洗衣机甩干衣服的思考。

被雨滴击中的蚊子。因为蚊子会随着雨滴倾斜身体或随雨滴一同下落，故而不会被雨滴砸死。

有时候我会和儿子一起在外面看下雨，他会被蚊子叮。在我看来，蚊子在下雨天飞是很奇怪的事情。因为一只蚊子和一滴雨滴差不多大，但雨滴比蚊子重50倍，而且它们的速度很快。

蚊子被雨滴撞到，就像人被车子撞到，但它们绝大多数情况下都毫发无伤。所以我就开始研究蚊子为什么不会被雨滴砸死。

我的很多研究是从生活中获得的启发。这些发现，可以影响不同的领域。

蚊子的研究有助于微型飞行器的开发（图片来自 Harvard University）

本科时我曾幼稚地以为，几乎所有的科学问题都已经有了答案。后来读到博士才发现，人类只是解答了很小一部分自然的奥秘，许多看似简单的问题，往往最难解答。动物自然而然的行为和身体形状背后，往往有着很深的科学道理。

你研究动物要想，做这个事最厉害的是谁？在清洁上，猫就是最厉害的。猫一天睡16个钟头，但它们会花3个小时清洁身体。因此我们开始研究猫的舌头。

从左到右，这些舌头属于：猫、北美野猫、美洲狮、雪豹、老虎和狮子

世界上有30多种猫科动物，狮子的舌头跟人头一样大，家猫的舌头跟人的小拇指一样大。它们的舌头上都有290多个舌突起，每个舌突起上有一个小吸管，可以自然地吸收唾液，猫咪们每次舔自己，就会有一些唾液作用在毛发上，水不会被浪费。

因此，猫只需要3勺唾液，就能把自己弄得很干净。相比之下，人洗一次澡需要10升水。

我们还从猫舌头获得的灵感，设计了一把仿生的梳子——用3D打印机打印了40根类似于猫舌突起一样的齿，放在柔软的硅胶上。这把梳子不会缠住头发，并且非常好清洁。

在菠萝科学奖颁奖典礼上，胡立德扮演成猫咪上台领奖

中国人很看重吃饭，像我父母会自己做豆浆、包子、饺子。我最近的研究，就是炒饭的方法。我们去炒饭店，用高速摄像机拍大厨炒饭的技术，用那个温度炒饭，你真的不能停下来，要极速把这个饭一直在空中“飞”，不然就会烧焦。

其实很多公司想要让机器人来做厨房的工作，如果开发做炒饭的机器，温度一定要高，而且饭锅需要上下左右地摇，而不是像洗衣机那样滚。

正在动物园测量排尿的学生们

这些实验听起来搞笑，实际挺难的。比如要量一个动物排尿的容积，你可能会想把杯子放在它底下，它肯定认为你很奇怪，不会尿，或者逃跑。而研究蚊子的时候，为了让它们活着，我们只能每天把胳膊伸进玻璃柜里让它们饱餐一顿。

2016年5月，我意外发现自己上了电视。有个美国参议员列了一个名单，把我的3项研究都归到当年“最浪费的20个科研项目”中，我突然成了“最浪费科学家”。

其实我的大部分实验都很便宜。再说，当你还不知道结果时，怎么能说研究的过程是浪费呢？

从此，我决定把科普作为自己的第二职业，到处做演讲，还写书，向大众介绍我们的科学研究。

在我的新书《如何水上漂和飞檐走壁？》（How to Walk on Water and Climb up Walls：Animal Movement and the Robots of the Future）里，读者可以读到这20年来最有趣的仿生科学研究，以及科学家是如何提问，如何做实验，寻找答案和解决问题的。

有些东西是钱不能比的

当科学家是一条很长的路。

本科、研究生、博士后、副教授，差不多15年，没有太稳定，明年不知道在哪。其他的朋友都已经开始赚钱了，我还在上学。

但我的父母对我说，如果你可以做一个科学的贡献，那真的是钱不能比的。我觉得赚的钱够自己生活，就够了。

幼年胡立德与父母合影

我父母都是移民，他们读研究生的时候从台湾来到美国，压力都很大，我妈妈说她是“背水一战”。他们是搞化学研究的。

我出生的时候，他们每天还在读书，每天去实验室，所以我一出生进入的就是科学的世界。

5、6岁的时候，妈妈周末会带我去实验室。我还记得她教我做细菌培育实验，把唾沫吐在一个瓶子里，细菌会越长越多。

后来我考进了马里兰州的“天才班”。那是从小学四年级开始，在每个学校招成绩最好的人，一个班招20个。

天才班时的胡立德（第二排左一）

当时在天才班，我们有一个比较大的项目，就是写自己的书。我都无法想象一个10岁的小孩，真的可以写出200页的书。我记得那是我第一次熬夜，自己定题目，自己做研究，自己打字、画图。我妈妈看我那么用功，她也没有睡觉，起来帮我把照片贴起来，第二天她还要上班。但她从来不抱怨。

我的父母把我养得很自由，大部分时间让我自己玩，自己学。我最深刻的记忆就是小时候我妈妈在读书，我看她读那么多书，我也读。她不会和我说这个东西太难了不要做，如果要做，就自己做。

考大学的时候，我拿了两份offer，其中有一份来自卓克索大学医学院。在美国，大部分的学生都希望能考进医学院，未来当医生，但我最后还是选择了麻省理工，想做基础的科学研究。其实我爸爸是一个很传统的人，我很怕他会说我，但他没有。

正在体操表演的胡立德

进入麻省以后，本科阶段我试了5个不同的专业，哲学系、生物系、数学系……真的考虑很多，在想什么专业是最好的，后来我决定走自己的路。

我当时有参加体操队。体操队的朋友们很有意思，有一些人毕业后直接去太阳马戏团工作。我看着他们，就明白其实选择什么样的工作都可以。做体操跟做科学，同样需要创造力。

我本科的导师、导师的导师，也都获过搞笑诺贝尔奖。用应用数学来分析“怎么拉床单是不会有皱纹”，“扎马尾辫的人跑步时头发是怎么甩动的”……他们都认为，所有的生活都可以当作科学来研究。

我想这样的主意如果你学了，一辈子都不会觉得无聊。 

好奇心和独立

我做的都是仿生的研究，因为从小受爸爸妈妈影响，觉得大自然有很多秘密可以教我们。虫子为什么可以在水上行走，蛇怎么“飞”，鱼死掉了为什么还可以游泳……

少年时和家人一起露营

小时候，我们一家人经常去露营，去钓鱼。

有一次在高速公路上，我爸爸看到边上躺着一只鹿，这只鹿身体还有点温暖，可能晚上被撞了。他就想把这个鹿带回家解剖一下，全家可以吃鹿。后来我们费了好大力气，终于把这头鹿装进车子里面，让它“坐”在我妹妹的旁边，一连坐了3个小时。那是我第一次解剖那么大的动物。

我爸爸花了20年，在院子里种了二十三四棵水果树。他用各种奇怪的方法来养树，比如在树上贴一点肥皂，防止鹿来啃树，也会“喂” 厨余垃圾给他的树吃。

我特别感谢我的父母给我保有了我的好奇心，没有让我觉得好奇心是不赚钱的。

胡立德与妻子范佳

我的太太范佳，她是成都人，研究生时来的美国，现在是一名数据科学家。

有一些社会行为规范，我太太觉得我没有，“让人匪夷所思”。不过我们会比较理性、科学地对待一些问题，这样生活没有那么心累。

我们俩结婚之前，都是那种特别以自我为中心的人。结婚时我们差不多三十岁，但自我感觉和行为习惯差不多只有23、24岁。用我太太的话说，“养小孩10年，就突然老化15岁”。养小孩成为我们自己成长的一部分。

疫情期间，和孩子们在家里运动

养小孩是两个人的合作。我太太在厨房是老大，每天做晚餐，一顿三四个菜，都是川菜，她通常会等孩子睡了后，再工作2～3个小时。我会接小孩、洗衣服、给院子割草、洗碗、倒垃圾。

在周末空余时间，我会跟小孩一起下棋、击剑。总的来说，华裔非常重视教育，对孩子的要求也比较严格，但我们肯定没有北京、上海的一些家长那么夸张。

太太跟我说：“为什么小孩问你那么多问题，而不是问我？”因为我真的会给他们一个真的答案。

我儿子最近问的是，男生为什么要跟女生喜欢亲，我问他：“你要跟女生亲了吗？”他说不要不要。我说等以后你的身体会变化，你就会觉得这个事情很美丽。

有时候小孩子问的问题真的很深，我也不知道答案，但是可以给他们一个角度讨论。如果可以保持他们的好奇心，我觉得那我已经成功了。

我觉得所有的小孩创造力都很大，如果我小孩未来选了科学，那也是很好的路。

好奇心和独立，如果你有了这两个东西，什么问题都可以面对。

最后来做个有趣的小测试吧！

1. 狗、大象、人类，谁的排尿时间最长？

A 狗

B 大象

C 人类

D 都一样

2. 淋湿的狗摇摆几次可以甩干身上的水分？

A 1次

B 4次

C 6次

D 摇到头晕都干不了

3. 蚊子会被雨滴砸死吗？

A 会

B 不会

4. 蜜蜂如何清理自己满是花粉的身体？

A 到水里洗一洗

B 相互舔干净

C 用腿刷毛

D 被风吹掉

E 不清理

5. 下雨时，走路和跑步哪个能让你的头少淋点儿雨？

A 走路

B 跑步

C 都差不多

答案：

D、B、B、C、B

1. 为什么哺乳动物平均排尿时长是21秒？

答：泌尿系统是一个很简单的系统，由膀胱和尿道组成，尿道长度和膀胱直径的比例约为18：1。假设一条尿道是一条高速公路，尿液分子就是汽车，路越宽，通过的车越多。以大象为例：大象的尿道直径为3厘米，跟人的手腕一样粗，流量自然更大。另外，更长的尿道受到地球引力作用也更大。大象的尿道有1米长，尿液分子下落的速度也更快。

2. 淋湿的狗摇摆几次可以甩干身上的水分？

答：4次。一只30公斤的狗，它的毛发里可以藏半公斤水。这些水分会吸收它身体的热量，消耗掉它一天进食量中1/5的能量。所以让身体保持干燥，对哺乳动物来说非常关键。1秒钟，狗可以甩水4次，去掉身体70%的水分，其加速度几乎是地球重力加速度的20倍，比赛车转弯的加速度还要大。此外，他们的毛发也很容易干。

3. 蚊子为什么不会被雨滴砸死？

答：蚊子在被雨滴砸中时，会做一套高难动作缓和冲击力。如果砸中的是翅膀，蚊子就会向那一侧倾斜50度，让水滴顺翅膀滑走。而如果正中身体，蚊子则迅速随着水滴一起下落。由于蚊子体表有大量的疏水细毛，它并不会和水滴融为一体，在下落过程中也能自由调整姿态，很快就能和雨滴侧向分离，恢复正常飞行。根据计算，假如落在地面的蚊子被雨滴砸中，力道相当于蚊子自身体重的10000倍，足以致命；但在空中被砸到的蚊子，力道就只有体重的50～300倍，很容易恢复过来。

4. 蜜蜂是如何清理自己满是花粉的身体？

答：一只蜜蜂每天要采的花粉是它自己重量的1/3。在这个过程中，它整个身体都可以被花粉覆盖。但它两分钟内就可以把自己完全清洁干净。首先，蜜蜂的毛之间的距离，跟一颗花粉的直径一样，这样花粉会被卡在毛发的表层，比较容易清洁。其次，因为蜜蜂身体的毛很硬，这些毛就像弹簧一样。每次它用腿刷毛，毛会把灰尘弹开。

5. 下雨时，走路和跑步哪个能少淋点儿雨？

答：如果你跑得快，淋在头上的雨会少一点，因为你在雨中停留的时间会比较短，但是砸脸上的雨就会更多。

本文来自微信公众号：一条（ID：yitiaotv），自述者：胡立德，编辑：余璇，原标题：《为什么哺乳动物排尿时间都是21秒？他靠这个发现获搞笑诺贝尔奖》