北京时间 9 月 16 日上午 6 点,第 32 次「首届搞笑诺贝尔奖」(The Ig Nobel Prizes)颁奖典礼即将在线上举行。

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想要拿到这项从 1991 年开始,每年颁奖一次的「不正经」科学奖项,必须得做到一条:「先发笑,再思考」

在新一届获奖名单公布前,我们不妨先来回顾一位「老得主」的传奇科研路,看看能拿到这一奖项的研究,要「搞笑」到什么程度。

你能回答以下这几个问题吗?

「一只淋湿的狗,摇摆甩水多少次,才可以把自己弄干?」

「蜜蜂的毛多,还是松鼠的毛多?」

「一匹赛马排尿需要多少时间?」

这些看起来有点怪的研究全都出自同一位搞笑诺贝尔奖得主——胡立德(David Hu) ,佐治亚理工学院机械工程与生物学系教授。

不好意思,放错了,是这张:

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以上三个问题的答案分别是:4 次、一样多、21 秒。

而这几个问题的共同点是它们统统登上了同一份榜单:「美国最浪费政府资金的 20 项科学研究」。

对此,胡立德教授表示:「当你还不知道结果时,怎么能说研究的过程是浪费呢?」

「为什么哺乳动物的排尿时间是 21 秒」、「袋熊为什么会排出立方体状的粪便」,使他分别获得了 2015 年与 2019 年两届搞笑诺贝尔奖;

而「蚊子为什么不会被雨砸死」、「苍蝇为什么总在搓手」、「猫怎么用舌头清洁身体」三项研究,则使他分别获得了 2015、2016、2019 三年的「菠萝科学奖」。

会问有意思的问题最重要

1979 年,胡立德出生在美国芝加哥。

他的父母都是科学家,在读研究生时从中国台湾来到美国。胡立德的童年便是陪伴着各种各样的瓶瓶罐罐,和成堆的学术期刊度过的。

胡立德的爸爸是一名聚合物化学家。他最喜欢的亲子活动,是拿上垃圾袋带着儿子在路边捡垃圾,并指着路边的塑料管、尼龙绳,告诉三岁的小胡立德,「这是一种长链聚合物,它们有非常牢固的氢键。」

等到胡立德再长大一点,五六岁时,他的妈妈就会在周末带他去实验室,教他做细菌培育实验。「把唾沫吐在一个瓶子里,细菌会越长越多」,这一切构成了胡立德对于科研最初的印象。

胡立德的父亲:Henry Shun-Wun Hu ,1986 年|图片来源:约翰霍普金斯大学应用物理实验室

好奇心,是父母送给胡立德最好的礼物。

胡立德说,与其说自己有一位科学家父亲,不如说自己恰好成为了科学家的儿子;因为对于父亲来说,科学永远是第一位的—— 胡立德的父亲曾驱车三个小时,只为将路边一只撞死的鹿带回家解剖。

胡立德说,那一天他不仅了解了器官的排布,还了解人的肺活量极限,因为那头死鹿就放在车座上,而他姐姐就坐在旁边——姐姐足足尖叫了三个小时。

胡立德十年级开始去实验室做实验,研究材料科学。当时他研究的课题是测试气泡对金属硬度的影响,这个项目入围了当年西屋科学奖的半决赛。

天才班时的胡立德(第二排左一)

大概也是因为这个奖,胡立德在考大学的时候拿到了两份 offer,其中有一份来自卓克索大学医学院。当时在美国,大部分的学生都希望能考进医学院,未来当医生,但他最后还是选择了麻省理工,想做基础的科学研究。

刚进入大学时,胡立德也没有确定自己的方向,一直在纠结什么专业才是最好的。在本科阶段,他先后尝试了 5 个不同的专业,哲学系、生物系、数学系……还报名参加了体操队,当时体操队的同学有人一毕业就加入了太阳马戏团。

最终,胡立德想通了:什么职业都一样,还是要遵从自己的内心。因此他选择了机械工程系。

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正在表演体操的胡立德

值得一提的是,胡立德在大学期间的导师 L. Mahadevan 也曾是搞笑诺贝尔奖得主:通过研究床单如何变皱,得出了「床单起皱的规律」,拿到了 2007 年的搞笑诺贝尔物理学奖。

似乎是一种传承,胡立德导师的导师 Joseph B Keller 也曾是搞笑诺贝尔奖得主:他通过研究「为什么茶壶嘴里倒出来的茶水有时候会顺着茶壶嘴流下来」荣获 1999 年搞笑诺贝尔物理学奖;而研究「扎马尾辫的人跑步的时候头发是怎么甩动的」则夺得 2012 年的同一奖项。

胡立德说,他们的研究给了他很多启发——「会问有意思的问题至关重要」

26岁,胡立德就取得了麻省理工学院数学博士学位,并凭借「昆虫究竟是如何在水面行走」、「小型水生昆虫如何爬上岸」两项研究,两次登上 Nature 封面。

在机械工程系做生物研究,很好玩就是招人恨

现在的胡立德在佐治亚理工大学任教。作为唯一一个跨机械工程系和生物系的教授,胡立德说,他最常面对的挑战就是动物逃跑

在他们研究蛇如何爬行的时候,一条两米长的大蛇把走进实验室打扫的清洁工吓到投诉;做火蚁研究时,有个本科生对毒素过敏,只好每天带着抗过敏药。

胡立德说,他很喜欢动物,尽管他是生物学系的教授,但是他从来没有修过生物学的学位,都是凭兴趣自学。

「用流体力学的方式来解答生物学的问题」,这便是胡立德想要寻找的答案。

这样的问题实际上有很多。比如:袋熊的大便为什么是方形的?

尽管袋熊已经在澳洲拉了几百万年的方形大便,甚至当地一直流传着「袋熊的肛门是方形的」传说。

但通过对袋熊肠道的研究,胡立德团队给出了真正的答案:袋熊的肠道长达 30 米,越到肠道末端袋熊的便便就越干,且肠道肌肉分布不均,不均衡的受力挤压使其变成方形。

凭借这项研究结果,胡立德和自己的博士杨佩良一起共享了 2015 年的搞笑诺贝奖。

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左三杨佩良,右一胡立德 在 2019 年搞笑诺奖颁奖典礼上打扮成袋熊大便

胡立德在搞笑诺奖颁奖中说:我们终于知道为什么圆形的肠道可以拉出方形的大便了,台下哄堂大笑——「先发笑,再思考」是搞笑诺贝尔奖的主旨,也是胡立德科学研究的注解。

毕竟,这些看起来轻松愉快的研究,背后通常都是胡立德团队几个月甚至几年的努力。

胡立德说,自己现在每周工作时间不超过 40 个小时,其余时间都用来陪伴家人。但事实上,在这些「家庭时间」中,胡立德的好奇心也从未停止工作过

当胡立德的女儿出生时,他发现女儿长长的眼睫毛很迷人。这为他带来了灵感——睫毛的真正功能如何运作?

为此,他的团队研究了睫毛与睫毛周围的气流,了解如何影响模型眼睛角膜水气蒸发的情况。研究发现,无论是哪种哺乳动物,平均的睫毛长度都约是眼睛长度的 1/3;其主要功能就像防风林一样,防止眼睛水分流失。

2011 年,胡立德在教儿子学会如何自己尿尿时,诧异地发现,明明自己的体型比儿子大得多,可是两人尿尿的时间竟然如此接近?而其他哺乳动物又是怎样的呢?

他和学生带着学生去动物园拍摄老鼠、蝙蝠、山羊、大象等 16 种哺乳动物的排尿过程。他们还从网络上搜集了许多美洲豹、熊猫、大猩猩、犀牛、斑马、麋鹿等动物排尿的视频用于研究。

通过流体动力学建模分析,胡立德发现,动物的尿道其实像一根虹吸管,尿道越长,排水越快。大型动物的尿道变长,帮助它们很快排尿,以此避免在排尿过程中被其他动物攻击。

对于体重超过 3 公斤的哺乳动物来说,不管其体型大小,其尿道的比例、长度和直径都大致相同。而且它们尿尿的时间大约保持在 21 秒左右,最多误差不超过 13 秒,几乎可以视为恒定时间

凭借这项研究,胡立德与自己的博士杨佩良共享了 2015 年搞笑诺贝尔奖。与此同时,杨佩良还凭借这项研究「顺带」收获了一篇 PNAS 和一个博士学位。

不仅仅是「好玩」

胡立德和他的科研工作似乎总是那么「离谱」—— 似乎凡是他所想出来的问题,永远都是好玩的。

但是,胡立德从不会为了追求所谓的「好玩」,而去刻意去寻找博人眼球的荒诞的问题。只有当他在生活中观察到的奥妙细节真正激发了他的好奇心,让他发自内心地想要去找寻这个答案时,他才会正式开始自己的研究。

当有人问他,这些「离谱」的研究有什么用时,他便会回答:「只要够酷,总会有用的」

——事实上,这些看似无厘头的基础科学研究,创造的价值往往远超想象。

例如,「蚊子为什么不会被雨砸死」的原理,正在为无人机的研发提供理论支撑,以此让无人机巡航时能更好地规避障碍物;而「睫毛与眼睛的比例」这一研究,为人工睫毛制作领域提供了巨大帮助。

胡立德团队最近的研究成果,是关于象鼻不可思议的抓握和延伸能力—— 在身体不移动的情况下,非洲象的象鼻可以延伸自身长度的 15% ,而这可能与象鼻皮肤的褶皱有关。这项研究通过对柔软有力的象鼻运动机制进行分析,为软性可延伸的机器人臂提供了最佳参考;还登上了最新一期 PNAS 的封面

又比如,胡立德曾发现,当火蚁遭受洪水侵袭时,就会紧密地交织成一团,如同形成了一块无法被水破坏的木筏;但如果将它们往水里压一点,它们还会恢复到原来分散的形状。根据施加的不同外力,火蚁团就会不停地改变和形成形状。从某种程度来说,它们就像是一种「可自行修复的物质」。

胡立德与从事火蚁研究的博士在毕业典礼上

胡立德在开始研究之初,从未将「有用」,「赚钱」放在首位。尽管科学研究始终是件严肃的事情,但他总能往其中增添些轻松搞笑的气氛。

胡立德说自己科研生涯中最低谷的时光时曾说:自己在读研究生时,一位密友迫于科研压力选择了自杀,这使得他度过了一段相当灰暗的时光。自此以后他就决定,一定要平衡工作和娱乐。

也有人问胡立德,他会期待自己未来获得真正的诺贝尔奖吗?他说,

「我觉得所有获得诺贝尔奖的科学家,他们最开始都不是为了获奖而做研究的,就像艺术家创作的时候也不会去想怎么样能让自己的画更好卖,他们只是做他们觉得最有意思的东西,所以我就继续做我觉得有意思的研究就好了。」

最后,再用胡立德的一句话来总结他非比寻常的科研人生:

「好奇心和独立,如果你有了这两个东西,什么问题都可以面对。」

参考资料 :

1.https://blogs.scientificamerican.com/observations/my-father-the-chemist-teaches-anatomy/

2. 《我儿子这么小,我膀胱容量应该是他的十倍,但为什么我俩排尿时间一样呢?》果壳网,2020.06

3. 《屎尿屁背后的科学奥秘——杨佩良专访》,泛科学,2021.03

4. https://hu.gatech.edu/about/ 胡立德实验室主页

题图:网络