魚蝦,、海豚和鯨類躍出水面的畫面相信大家一定不陌生,，對這些水生動物來說，這似乎是再平常不過的動作了,。然而,，對小小的浮游生物來說，做“出水芙蓉”卻很不容易,，甚至連科學家們都會為此操心,。最近，在英國皇家學會的《界面》（Interface）期刊上刊登的一項研究就一本正經地研究了浮游生物如何蹦出水面的問題,。

為什么要研究浮游生物,？這是因為，個頭特別小的它們在穿過水面時會遇到很多困難,。這一切要從水的表面張力開始說起,。對于個頭大和個頭小的生物而言，表面張力可以產生截然不同的影響,。當一個物體穿過水和空氣的界面時,，表面張力會帶來一些阻礙的作用，而這種阻礙會帶來多大的影響取決于液面發(fā)生彎曲的程度,，也就是曲率半徑,。一個小號的物體試圖穿過液面時，會讓液面局部彎曲得更厲害,、曲率半徑更小,，而這時液面上產生的張力也會越大。

表面張力的特點使個頭小的物體更難穿過水面,，對于水而言,，這樣的效應在物體個頭小于三毫米時就會很明顯。

對于個頭大的動物來說,，表面張力幾乎不會帶來什么阻礙,，只要克服重力就可以游出水面了,；而對于只有幾毫米大的浮游生物而言，表面張力的作用則會蓋過重力,，成為巨大的阻力來源,。很多浮游生物其實是沒法克服這種阻力的，對于它們而言,，水和空氣的界面就像是一堵墻一樣難以逾越,。

一只浮游生物大型蚤（Daphnia magna ）。在實驗觀察中,，它們始終無法穿過水面,。原視頻來自論文

但是，也有一些浮游生物同樣個頭很小,，卻能夠沖破屏障,、飛出水面：

夏唇角水蚤Labidocera aestiva是 一種個頭更小的浮游生物，但它卻不會受到水面的禁錮,。原視頻來自論文

這又是為什么呢,？答案其實很簡單：它們速度快。

這聽起來似乎是句顯而易見的廢話,，不過這一次研究者們可是架起高速攝像機,，真正進行了定量分析的實驗。他們不僅觀察了浮游生物的舉動,，還用塑料小球進行模擬實驗,，確定了在不同條件下這些小尺寸物體想要沖出水面所需的速度。

兩個以不同速度沖擊水面的毫米級小球,。速度較快的一個成功沖破水面,，而速度較慢的一個則彈回了水中。原視頻來自論文

這看起來似乎又是一項關注點很奇怪的研究,，不過它也有自己的實用價值,。畢竟，現在很多科學家和工程師都希望研發(fā)尺寸超迷你的機器人用于水中作業(yè),，這時候,，怎樣沖破表面張力的阻礙就很值得討論了。此外,，表面張力對微小顆粒的影響在廢水處理等行業(yè)也很有用,。

不同大小、速度條件下沖擊水面的結局,。落在藍色區(qū)域的可以跳出水面,，粉色區(qū)域則會被彈回。模擬實驗的結果與浮游生物的實際情況相符,。圖片來自原論文,。

那么,，圖中那只漂亮地飛出了水面的小水蚤，它“沖擊”水面時的速度究竟有多快呢,？答案是1.09米/秒,，考慮到它僅有1.68毫米的身長，這可真是一個令人驚嘆的速度呢,。（編輯：窗敲雨）

PS：這樣看來,， 能在水面上愉快跳躍的海豚們還是很幸福的……

說到海豚，還專門有人做了海豚水上跳躍的小游戲,，來看看你能跳出多少分吧：

參考資料：

1. Dynamic criteria of plankton jumping out of water

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