为什么哺乳动物多数是四条腿（我们一起来摇呀摇尾巴）

|· 本文来自“我是科学家”·|

在胡立德的实验室里，似乎从来不缺少有意思的科学实验。

对！就是那个曾经登上自然杂志封面，获得过菠萝科学奖和搞笑诺贝尔学奖，还戴着马桶圈上领奖台的胡立德。图片来源：pbs.org

他曾经带着自己的学生们做过各种各样“看上去似乎没什么用”，但脑洞大开、趣味横生的研究。

随便举几个例子——

“几乎所有哺乳动物的尿尿时间都大致相同”

“蚊子为什么没有被雨砸死”

“一条屎的长度，通常是直肠直径的5倍”

“为什么蛙类的舌头特别粘”

……

这些课题虽然看上去“很不正经”，但其实都暗藏着正经的科学道理，认真研究一番没准就会有所发现。这不，最近他又带着学生们完成了一项新的“不似科学的科学研究”，发表在《实验生物学期刊》（Journal of Experimental Biology），一起来围观吧。

猜猜看，这是什么？

图片来源：胡立德（摄自菲尔德自然史博物馆）

它们不是刷子，而是非洲象的尾巴——这些尾巴和人类的腿一样粗：长1.3米，重达11千克，末端有一百多根像针一样的毛。

其实不仅是大象，很多哺乳动物，比如长颈鹿、斑马都有类似的带毛的长尾巴。

我们一起来摇呀摇尾巴。图片来源：见水印

这些尾巴是干嘛用的？

当然是驱赶讨厌的蚊虫了。毫不夸张地说，在没有任何保护措施的情况下，蚊子们一天可以吸掉一匹马一整杯血，还会传播类似疟疾等疾病。所以，每多赶走一只对它们来说就意味着少挨一次叮咬。

正在吸血的蚊子。图片来源：pixabay

如果你去过动物园或者马场，就会注意到，马会做很多动作把蚊子和苍蝇赶走——它会不停摇头、跺脚、甩动鬃毛，或扭过脖子咬自己的后背。但最常用到的还是它的尾巴。

摇头跺脚甩尾巴来驱虫。胡立德团队拍摄。

为什么尾巴能够成为成为这些动物的驱蚊利器？仅仅简单的“抽打”蚊蝇，还是另有玄机呢？

为了研究这些尾巴的奥秘，我带着我的研究生去各地围观动物尾巴——我们去了亚特兰大的动物园，拍摄了大象、斑马、长颈鹿尾巴；去马场拍了马尾巴；还去公园拍了不同品种狗的尾巴。

镜头前的动物似乎很害羞，它们总用屁股欢迎我们——这也恰好为我们的拍摄带来了便利。

对着镜头“摇尾致敬”的大象。胡立德团队拍摄

秀“美臀”的斑马。胡立德团队拍摄

我们发现，这些动物的尾巴就像一个个钟摆一样来回摆动不停。

钟摆的运动特点符合“自然频率”——一个摆的频率是由摆的长度决定的（与质量无关）：摆越长，频率越低。

于是我们联想到，动物摆尾巴会不会也遵守“自然频率”呢？

通过分析视频中动物尾巴的摇摆规律，我们发现，马尾巴和大象尾巴的摆动频率大约是每秒一次。

大象用鞭子一样的尾巴轰赶蚊蝇（每张图片时间间隔0.23秒）。胡立德团队拍摄

这个频率是其理论自然频率的三倍。那么问题来了，它们为什么需要那么快速地摇摆尾巴？

为了探讨这个问题，我们设计了一个模拟器来模拟哺乳动物尾巴摆动。

胡立德的学生玛格丽特和凯西正在测试“哺乳动物尾部模拟器”。图片来源：胡立德

圆柱状的装置可以防止蚊子在容器的内壁上着陆，所以蚊子会一直在容器内飞行。容器顶端有一个桨，用来模拟马尾巴的摇动。桨转动的旋转频率要足够高，才能把蚊子“吹”走。在模拟器中的实验，即便是桨的转速足够快，依然有15%的蚊子会逃到桨的后侧，得以逃脱。

在装有旋转桨的“尾巴模拟器”里飞行的蚊子。胡立德团队拍摄。

这就像是一些狡猾的蚊虫飞到动物的尾巴附近，以逃过尾巴的驱赶。我们也捕捉到蚊虫着陆在大象和长颈鹿屁股上的镜头——它们着陆以后，会把自带的“小吸管”扎进动物的厚皮找血管，整个动作约1~2秒钟。这时，大象就会加大尾巴的摆动幅度，从20度增加到40度（就像棒球员挥棒，需要往后加大幅度，才可以做出有力一击），这让它可以在一秒之内击退或者消灭掉蚊子。

加大摆动幅度，才能瞬间击退蚊蝇。胡立德团队拍摄。

这或许解释了为什么这些动物需要增加尾巴的摆动幅度——通过这样的摆动，它们不仅可以直接抽打蚊蝇，还可以利用尾巴掀起的风将蚊虫“刮走”。除此以外，这些动物尾部的毛色大多很深，这对于一些飞虫也会起到震慑作用。

我们试着用一根绑着马尾毛的棍子击打蚊子，虽然没有击中，但是“假尾巴”带动的气流依然赶走了蚊子。胡立德团队拍摄。

在今天，有很多养马的人，会为了让马更好看而修剪它们尾巴上的鬃毛——这无疑会减弱它们驱赶蚊蝇的能力，对马而来说可不是什么好事。希望通过我们的研究，能够大家可以了解到，这些动物的尾巴并不只是简单的装饰，而是发挥着非常重要的实际作用。

参与本项研究的玛格丽特和她的爱马里奥

文章原文发表在sciam.com

(编辑：Yuki)

作者：胡立德

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