企鹅步态是怎么回事？ 第1页

这大概是2000年的一个研究，说企鹅步态比人类的步态效率要高。

这里的效率指的是能量回收率，并非行走的速度快慢

听着是不是很扯淡，光看它们那摇摇晃晃的走路姿势就觉得很傻，更别说时不时摔一跤了，看着就很不稳，效率就别谈了。

因为企鹅是要向前走的，但它却向左右方向摇晃，感觉上就是把能量分给了不能带来前进效率的左右摇摆了。

那这个研究到底怎么回事？

加州大学伯克利分校的 Timothy m. Griffin 和科罗拉多大学博尔德分校的 Rodger Kram做了一个研究，关于企鹅走路的力学分析^[1]。

他们去海洋公园那里找了5只帝企鹅，连哄带骗地把人家引到了一个专门为企鹅设计的“跑步机”上。这个跑步机可以测试企鹅每一步的力量大小、方向以及移动速度。

在介绍实验之前，先来讲讲行走效率是怎么一回事。

行走效率不仅仅取决于肌肉和骨骼的形态，还取决于如何使用它们。人类的步态之所以高效，是因为我们每走一步都会轻微地向前倾斜，借助重力推动我们前进。如果我们不利用重力，单纯靠肌肉的发力，那么我们就要多花费65%的能量。这65%也被成为能量回收率。

研究中，两个科学家测量了帝企鹅行走过程（0.5m/s）中的能量回收率，居然达到了80%，超过了人类的效率。不仅如此，研究者还认为企鹅步态是所有陆行动物中能量回收率最高的。

假如企鹅没了摇晃的侧向运动，那么它的步行效率将会降低很多。因为企鹅的左右摇摆的时候，重心会发生变化，产生重力势能，进而转化为动能。

但企鹅行走消耗的能量是同体型动物的两倍（能量回收率和能量大小是两个值）。

因为它们的腿太短了，而且大部分的腿还藏在了厚厚的羽毛下面，这导致它行走太困难了，耗能高也是自然而然的。

和珍珠鸡、鸵鸟一比，你就知道企鹅的腿是多么短小了。

最后，科学家得出结论，企鹅的步态不是因为左右摇晃才耗能高，而是因为腿太短了，相反，左右摇晃是为了弥补腿短的缺陷。

后来，其他科学家对企鹅步态做了进一步的研究^[2]，看看体重变化会不会对步态造成影响。

只不过他们没找帝企鹅，而是找了10只王企鹅，而且它们的体重也比一般的企鹅要肥。同样的，它们也被安排上了跑步机，跑步机时速为每小时1.4公里。另外也多记录了企鹅三轴运动（前后、上下、左右）加速度的数值。

它们在保持原有体重的情况下，先在跑步机上测试，科学家记录了运动时候的相关数值。后来，科学家让企鹅禁食两个星期，体重减下来了2公斤多点，然后再上跑步机测试。

成年王企鹅在保护它们的蛋时，有时会禁食长达一个月，但它们会提前储存几磅脂肪作为补偿，所以不用担心禁食两周是虐待。这也是为什么科学家会选择肥一点的企鹅，因为就是要研究体重对步伐的影响。

原本以为，体重变轻了，走路自然轻松了，速度自然会加快。因为不管是现实中的观察，或者一些科学研究，都表明肥胖的人或者孕妇很容易改变步态来应对体重的增加，比如拓宽他们的站姿，步伐更短。

2016年，广岛大学的研究人员Yasuyo Sunaga用3D动态捕捉系统对怀孕女性的步态进行了研究，他们发现在女性怀孕后的三个月里，相较于未怀孕重心前向后倾斜，膝盖弯曲变少。这就让怀孕的女性走起路来像企鹅一样，摇摇晃晃。

但令科学家惊讶的是，虽然企鹅减肥后左右摇晃的幅度减小了，但并没有改变它们的步频或姿势。

这个研究表明，企鹅越胖，左右摇摆幅度越大。结合前面第一个说的研究，可以得出结论，企鹅之所以摇摇晃晃是因为腿短，而摇晃的幅度大小则取决于体重大小。而这一切最终都可以解释为，为了节省能量……

当然，我不知道对人来说，胖子左右摇摆会不会提高能量回收率，哪个胖子试试。

出品：科普中国

制作： 苏澄宇

监制：中国科学院计算机网络信息中心

参考

1. ^ Griffin T M, Kram R. Penguin waddling is not wasteful[J]. Nature, 2000, 408(6815): 929-929.
2. ^ Willener A S T, Handrich Y, Halsey L G, et al. Fat king penguins are less steady on their feet[J]. Plos one, 2016, 11(2): e0147784.