作者：陳天真
月亮水母已經(jīng)在地球的海洋里游動(dòng)了超過(guò)5億年，是動(dòng)物王國(guó)里最懂得節(jié)省體力的游泳高手。|ALEXANDER SEMENOV/SCIENCE PHOTO LIBRARY
陸地上的我們?cè)谒锖鼙孔?，但水里的?dòng)物卻很靈活，比如魚(yú)有流線型的身體，可以毫不費(fèi)力地在水中穿梭。但水母身體呈透明傘狀，邊緣綴有柔軟觸須，看起來(lái)似乎只能隨波逐流。事實(shí)果真如此嗎？并不。
最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一種叫做月亮水母的海洋生物，是動(dòng)物王國(guó)里最懂得節(jié)省體力的游泳高手。它們的秘密武器，就是在蘑菇狀身體下面形成一道“水墻”，借助這道水墻推動(dòng)身體向前。這是怎么做到的呢？
成群的水母 |New Scientist
身體構(gòu)造簡(jiǎn)單，卻是游泳高手
藍(lán)色海洋里，水母就像是一只只漂流的透明氣球，分外美麗。它們的肌肉組織只有單層細(xì)胞厚度，身體構(gòu)造也非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有魚(yú)類(lèi)的鰓和鰭，甚至沒(méi)有心臟、血液和大腦，卻經(jīng)受住了嚴(yán)苛的自然選擇壓力，在地球的海洋里游動(dòng)了超過(guò)5億年，比恐龍還古老。
在漫長(zhǎng)的生命演化過(guò)程中，水母逐漸學(xué)會(huì)了巧妙利用身體和水之間的相互作用，成為動(dòng)物王國(guó)里最懂得節(jié)省體力的游泳高手。它們的鐘形身體下方有一群特殊的肌肉，可以擴(kuò)張然后迅速收縮，把身體里包裹的水排出去，通過(guò)噴水推進(jìn)的方法，水母就能向相反方向游動(dòng)。
不過(guò)，它們具體是怎么游的呢？在慢鏡頭下，科學(xué)家們窺探到了其中奧秘。詳情發(fā)表在1月6日的《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B：生物科學(xué)》上。
懂得流體力學(xué)的水母
在實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們用高速攝像機(jī)記錄了月亮水母幽靈般的舞動(dòng)。他們?cè)谝粋€(gè)水箱里放入大量微小的玻璃珠，然后用激光照射隨水移動(dòng)的玻璃珠，追蹤水母周?chē)后w的流動(dòng)。
科學(xué)家用激光照射隨水移動(dòng)的微小玻璃珠，追蹤水母周?chē)后w的流動(dòng)。|來(lái)自論文作者
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每次當(dāng)水母收縮它柔軟的身體時(shí)，周?chē)蜁?huì)產(chǎn)生兩對(duì)漩渦。其中一對(duì)漩渦（下圖紅色）使得身體下方區(qū)域壓強(qiáng)增大，從而提供額外的推動(dòng)力。隨著身體繼續(xù)收縮，另一對(duì)相反方向的漩渦（藍(lán)色）從傘狀身體邊緣產(chǎn)生，將水推向觸須，水流在這里碰撞，形成一道“水墻”。
月亮水母收縮時(shí)，傘狀身體下方會(huì)形成一道“水墻”，推動(dòng)身體向前。|來(lái)自論文
這兩對(duì)漩渦相互作用，使得水母能夠更高效地推動(dòng)身體向前，比通常情況下移動(dòng)的距離增加30%。事實(shí)上，聰明的水母利用了一種叫做“地面效應(yīng)”的流體力學(xué)原理。
上天入海都用得到的地面效應(yīng)
地面效應(yīng)，也被稱(chēng)為翼地效應(yīng)、翼面效應(yīng)。當(dāng)一架飛機(jī)即將降落到跑道時(shí)，飛機(jī)上的你會(huì)感覺(jué)仿佛漂浮在一層氣墊上，這便是由于地面效應(yīng)。此時(shí)飛機(jī)周?chē)諝獾牧鲃?dòng)受到地面影響，機(jī)身上下的壓強(qiáng)差增大，使得上升力陡然增加。如果飛行員沒(méi)有謹(jǐn)慎應(yīng)對(duì)，飛機(jī)甚至?xí)驗(yàn)榈孛嫘?yīng)而獲得上揚(yáng)力，突然上升。
甲殼類(lèi)和魚(yú)類(lèi)等動(dòng)物在固體邊界——如礁石附近游動(dòng)時(shí)，就會(huì)體驗(yàn)到地面效應(yīng)。水母大多數(shù)時(shí)候生活在開(kāi)放水域，卻可以憑借只有一層細(xì)胞厚的肌肉組織，自己制造出一道水墻，借助水墻的力量產(chǎn)生地面效應(yīng)，推動(dòng)自己向前。
飛機(jī)接近陸地或水面時(shí)，下方會(huì)形成氣體漩渦，從而獲得抬升力。|Wikipedia
而人類(lèi)工程師也在利用地面效應(yīng)，來(lái)提高推進(jìn)器的效率。由于地面效應(yīng)，在同樣速度和推力下，飛機(jī)在近地飛行會(huì)獲得更大的上揚(yáng)力，從而提升燃料效率。前蘇聯(lián)就曾研制出多款翼地效應(yīng)飛行器（簡(jiǎn)稱(chēng)“地效飛行器”）。它們貼近陸地或水面飛行，一旦出現(xiàn)緊急情況可隨時(shí)降落；在水中可以避免浪濤，在陸地上可以飛躍沙漠、沼澤，應(yīng)用前景十分廣闊。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
在賽車(chē)比賽中，我們?？吹剿俣蕊w快的賽車(chē)像火柴盒一樣翻滾出賽道，也是因?yàn)榈孛嫘?yīng)。為了讓賽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)也能保持高車(chē)速，設(shè)計(jì)師們常常在賽車(chē)的頭部和尾部安裝一段小翼面，與機(jī)翼的形態(tài)恰好相反，上平下彎，以使得在賽車(chē)飛奔時(shí)產(chǎn)生向下的力，將車(chē)身牢牢壓在地面上。同時(shí)還能增加摩擦力，讓車(chē)更快速前進(jìn)。
在未來(lái)，工程師們說(shuō)不定還會(huì)借鑒水母的智慧，設(shè)計(jì)一個(gè)水下航行器，讓它們生成漩渦，提高水下推進(jìn)的效率。
你也可以試試，在下次游泳的時(shí)候，思考一下流體力學(xué)，努力撥弄出幾個(gè)旋渦。