被搞笑諾貝爾獎盯上的動物，有多搞笑？

不太會游泳的壹讀君|敏敏

今年的搞笑諾貝爾獎來了！

這一次，物理學家們盯上了鴨子。他們留意到，在水裡游泳時，所有的鴨子都會乖乖排成一排，沒鴨插隊，也不存在並列，正兒八經的一鴨一鴨遊。

不僅在水裡如此，在陸地上鴨子們更是“媽寶”得不得了，無論何時，都要緊跟在鴨媽媽身後。

所以，小鴨子為什麼會乖乖跟著鴨媽媽？游泳的時候，鴨子們為什麼要排成一排？

奇妙的印刻效應

在人類的世界中，“遇事不決先喊媽”可能是後天養成的習慣，但在鴨子的世界裡，選擇跟隨誰全靠命運註定。

最早留意到“小動物會跟在自己的媽媽身後”這一現象的是英國自然主義者斯波爾丁，他甚至在1873年就做了相關實驗。他將剛剛孵出來的小雞蓋上罩子飼育，結果發現，在孵化後的三天以內，小雞會對揭開罩子後看到的“動的物件”做出尾隨反應。

不過，如果罩上四天再揭開，小雞反而會出現迴避刺激物件的行為。這表明“動物尾隨”有敏感期的存在，對同樣的刺激，隨著時間的流逝，會顯示出接近-迴避的變化。

六親不認的雞

1910年，海因羅思對白雁的雛鳥進行了研究，他先讓這些雛鳥產生追隨人的反應，然後讓它們回到鳥媽媽身邊，結果失敗了。可惜的是，在隨後的整整20年裡，這個研究都沒有被世人注意到。

直到1935年，習性學的代表人物洛倫茨發表長篇論文《鳥的環境世界的夥伴》，介紹了自己的發現，才真正揭開了相關研究的序幕。洛倫茨讓剛出生的小鴨子在出生10~16小時內看不到鴨媽媽，只看到洛倫茨自己，結果有趣的事情發生了：

洛倫茨在前面走，幾隻小鴨子緊緊跟在他身後，它們將洛倫茨當成了自己的媽媽。

就像這樣

在論文中，洛倫茨寫道，多種雛鳥並非先天就認得夥伴，如果將剛出生的小動物和其同伴隔離開，人為地照料它，那麼小動物就會對人做出同伴行為。

洛倫茨將這種行為稱為印刻（imprinting）。

彼時洛倫茨認為，印刻是不可逆的，對於被印刻的物件，絕不會忘卻，也難以改變。而且印刻存在敏感期，它只會在出生後極有限的時間內產生，敏感期一過，無論再怎麼努力，都不會再產生印刻現象。

但這個敏感期到底是什麼時候，卻很難說。

赫斯的實驗表明，孵化後13~16小時的雞雛，對首次呈現的刺激物的印刻現象最強烈，如果在雞雛孵化29~32小時首次呈現刺激物，則幾乎沒有印刻現象。莫爾茨和斯泰特納則報告說，孵化後12小時組的尾隨時間最多。

有研究者記錄了豚鼠的印刻現象，發現豚鼠出生第二天的後半日才是印刻發生的時間，印刻了的豚鼠，在成熟後甚至不與本種族的個體交配。

研究者們用的實驗裝飾|圖源：參考資料［2］

如果你想擁有一隻忠心耿耿的小雞小鴨小鵝，保險起見，從出生起就寸步不離地守著它們就行。

不過，還是不要為有趣犧牲小動物餘生幸福的好。

鴨子游泳的智慧

讓我們把目光轉向水面上的鴨子。

最早研究鴨子游泳的隊形問題的，是生物學教授弗蘭克·費什。他在自己的研究中“馴化”了幾隻一天大的小野鴨，讓它們在實驗裝置裡跟著母鴨子游泳，隨後，他對生長到3天、7天、14天的鴨子進行了代謝測量。

結果發現，隨著隊伍中小鴨子數量的增加，每隻小鴨在游泳時的能量消耗也越來越低。這項研究成果被寫成論文，於1994年發表。

後來，蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學的元志明副教授對鴨子游泳進行了更深入細緻的研究。元志明的團隊對鴨子進行了長達7年的觀測，並建立了數值計算模型，最終發現了水禽群遊的秘密：乘浪和傳浪 （wave-riding and wave-passing）。

原來，水禽在水面前行時，其身後會不可避免地產生一系列V形波紋，我們稱之為開爾文船行波系。為了劃拉出這些波浪好讓自己前進，鴨子們需要克服阻力對水體做功，划水時受到的阻力被稱為興波阻力。

不只是鴨子等水禽，船隻在湖面經過時，也會在後面激起一道V形的波。這一波系以大約39°角向後傳播。開爾文男爵最先對船波進行數學研究，因此稱為開爾文船波。|圖源：圖蟲·創意

而跟在鴨媽媽身後的小鴨子，則可以透過“乘坐”鴨媽媽划過來的波浪，減小自身要克服的興波阻力。

d就是小鴨“乘浪前行”的圖解|圖源：參考資料［4］

而且，不只是緊跟在鴨媽媽身後的第一隻小鴨可以“乘浪前行”。

下圖是元志明研究團隊的鴨群波浪場雲圖，可以看出，從第三隻小鴨開始，小鴨後面的波形就基本相同，這說明波浪被傳遞下去了，所有小鴨子都能因為排隊游泳而受益。

這就是我們前面說到的乘浪和傳浪。

隊伍裡的每一隻小鴨子都會因為跟在鴨媽媽身後游泳而受益|圖源：參考資料［4］

不過相對在隊伍後端的小鴨子來說，緊跟著鴨媽媽確實好處更大。

下圖是鴨子前行所獲得的最大波浪減阻，可以看出，第一隻和第二隻小鴨獲得的減阻大於100%，也就是說，這兩隻小鴨子原本游泳的阻力甚至變成了助力，而後面的小鴨子只是獲得了波浪減阻，並沒有額外的助力。

元志明團隊的研究，連同1994年弗蘭克的研究，一起獲得了今年的搞笑諾貝爾獎物理學獎圖源：參考資料［4］

至於鴨媽媽本鴨，是沒有受到什麼太大益處的，得靠自己努力划水。

就是說，小時候哪有什麼歲月靜好，只不過是媽媽在替你負重前行。

當然，人們不會浪費如此有趣又有用的研究成果，武漢理工大學的研究團隊已經對不同的船舶編隊造型進行了分析，發現和鴨群相似的船隊隊形總阻力系數降低了不少。

“海上火車”也在研究中了|圖源：華南理工大學土木與交通學院官網

具體到個人能怎麼利用這個研究成果，有人可能會想到在泳池裡跟在大佬後面，好省點力氣。但這個操作難度有點大，因為你很可能壓根就追不上大佬的速度，願意跟你這樣結伴“玩耍”的，水平都和你差不多。

結果很可能是，兩個菜鳥在泳池裡互啄，互相撲稜對方水……

［1］李長岷。 （1982）。 印刻：心理學上的新見解。 西南師範大學學報（自然科學版）（03）， 118-121。

［2］鍾啟泉。 （1985）。 印刻現象與印刻研究。 心理科學（5）， 4。

［3］中國綠髮會：鴨群過河，為什麼排成 “一” 字形？

［4］ Yuan， Z。 M。 ， Chen， M。 ， Jia， L。 ， Ji， C。 ， & Atilla， I。 。 （2021）。 Wave-riding and wave-passing by ducklings in formation swimming。 Journal of Fluid Mechanics（928-）。