

有许多动物会跃出水面:鲸鱼、海豚、飞鱼、浮游生物。是的,你说得没错,浮游生物。那些位于食物链底端的微小生物有时也能够超越它们的水生栖息地,哪怕只是短暂的一瞬。但是,有些浮游生物会跳,有些则不会,这个问题困扰了科学家多年。现在,可能有了答案。和自然界中的许多事物一样,浮游生物跳跃的能力归结为两个因素:速度和大小。
在一篇发表于《英国皇家学会学报·界面》(Journal of the Royal Society Interface) 的论文中,研究人员研究了那些能够为了应对威胁或干扰而跃出水面的浮游生物以及那些不能的。他们使用高速摄像机观察浮游生物如何跃出水面,然后通过从水箱底部向上射出微小的、浮游生物大小的球体(小于3毫米宽)来重复这个动作。他们改变了球体的大小和射出的速度,发现浮游生物需要相对较大和快速才能打破水-空气的屏障。
为什么浮游生物比其他动物更难做到这一点?作者在论文中解释说,虽然较大的动物为了跃出水面,主要只需要达到克服重力的速度,但浮游生物太小了,水体表面的张力又构成了一个障碍。表面张力是液体(如水)的一种特性,其中分子相互吸引。
通常,水分子会均匀地吸引着它们的邻居,但在玻璃杯(或池塘、或其他任何静止水体)的顶部,最上面的水分子没有顶部的邻居可以抓住,因此它们会更紧密地粘在一起。这在液体表面形成几乎一层膜,称为表面张力,动物穿过它不像穿过水体其他部分那样容易。这对鲑鱼或鲸鱼来说不是问题——它们更大、更强壮——但这对浮游生物这样的小生物来说可能是一个问题。
在他们的实验中,研究人员发现,一条2.4毫米长的浮游生物如果速度足够快(介于每小时1.3英里到每小时1.7英里之间),就能够逃离水面,但比这更小的浮游生物(尤其是大约1毫米大小的),或者速度更慢的,就无法摆脱水的束缚。
研究人员写道,他们希望“尽管目前的工作是基于浮游生物的动机,但所阐述的理论模型由于对粒子-界面相互作用的基本兴趣以及相应的潜在工程应用,而适用于多个学科。” 目前还没有关于这些工程应用的信息,但我们期待着了解它们。