- 图:当火烈鸟洗澡时,火烈鸟完全打算从头到脚弄湿自己的整个身体,并以笨拙,不协调的方式进行弄湿。
对于一个不熟悉的观察者来说,这只在洗澡的火烈鸟看起来像正处于极度的痛苦之中。毕竟,在几乎所有时间里,火烈鸟都会在水中度过,因此我们很少会发现它:
- 游泳,
- 行走,
- 把水搅浑,
- 用它的喙在水下觅食,
- 或者自己洗澡。
相反,你更有可能发现火烈鸟,如果它在水中(或即使它是在陆地上),做它们最广为人知的事情:用一条腿站立,另一条腿紧紧地靠在它的羽毛身体上。
- 图:在德国德累斯顿动物园,在雨中,可以看到一只火烈鸟单腿站在围栏里。它深粉色的颜色告诉我们,它的饮食富含类胡萝卜素色素;它单腿站立的事实表明,它打算尽可能缓慢地失去体温,同时仍在探索水域寻找潜在的食物来源。
你可能对此感到困惑,毕竟大多数人都是如此。你可能想知道,鉴于火烈鸟特有的与众不同的生物学和行为适应,如果动物喜欢单腿站立而不是两腿站立,那么进化上的优势是什么呢?
但这有一个重要的原因,它不是遗传进化,而是物理学原因!事实上,这是热力学和热传递的科学,在炎热的夏天,如果你曾经在游泳池呆过,你可能亲身体念过这样的事情。毕竟,和所有哺乳动物和鸟类一样,人类和火烈鸟都是温血动物,即使在相对极端的条件下,它们休息时的体温也比周围环境更高。
- 对于大多数父母来说,这一景象应该特别熟悉:得得瑟瑟的孩子站在游池边。如果孩子连续地沉浸在水中太多时间,他们的大量身体热量就会流失到水环境中。人体与水之间的传热速率是人体与空气之间的25倍,因此经验和物理学证明了从水池中出来以进行热身的传统智慧。
如果一个体温约为37摄氏度的人,赤身裸体地站在外面的空气中,该人会以特定的热传导速度将身体热量散发给周围的环境。一只体温为41摄氏度火烈鸟比普通人跑热要快一点,这是由于火烈鸟的身体与周围空气的温差比人体在同一空气中的温差大,因此它的散热速度会快一点。
然而,如果你将你的整个身体浸入水中而不是空气中,即使水的温度和空气的温度完全相同,你也会发现你的身体散热速度惊人地快:比空气快25倍。决定冷环境中热源散热速度的最终因素是温差、与环境接触的表面积以及热源与冷环境之间的传热效率。
- 图中的游泳活动发生在澳大利亚悉尼,将游泳者从干燥的土地带到开阔的水域,再到另一个目的地,也就是陆地上。 游泳者在干燥的土地上可能会以一定的速度散发热量,但是如果他们完全浸入水中,则散发的热量会快25倍。 即使将一只脚放在水中,仅在脚踝处,也可以使身体的热量散失率增加一倍。
对于一个人来说,如果你只把一只脚放在水里,水一直到脚踝,你将淹没身体总表面积的4%。由于人体和空气与水之间的传热速率不同,假设水和空气的温度相同,你通过一只被淹没的脚所损失的热量与通过整个身体的其他部分所损失的热量相同。
如果你是火烈鸟呢?如果一只火烈鸟用两只脚站在水里,那两只脚——特别是有蹼的脚,它们巨大的表面积——很容易导致火烈鸟失去身体热量的速度比它在陆地上的速度快很多倍。
但是,如果一只火烈鸟在水中学会用一条腿而不是两条腿站立,它可以更有效地保存身体热量。