专访|搞笑诺贝尔奖得主胡立德:好玩的研究也是严肃的科学

澎湃新闻记者 朱凡

2019-11-14 13:39 来源:澎湃新闻

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为什么大象和狗尿尿的时间一样长?为什么袋熊的大便是方形的?因为通过研究回答了这两个问题,佐治亚理工学院机械工程与生物系、物理学副教授胡立德(David Hu)和他的研究团队在2015年和2019年两次摘得搞笑诺贝尔奖的桂冠。
胡立德在2019年菠萝科学奖颁奖现场。
今年39岁的胡立德是一名极具话题性的华裔科学家,他在美国长大,在麻省理工大学获得数学博士学位,26岁时就两次登上《自然》杂志封面,专业是动物运动力学。搞笑诺贝尔奖(Ig Nobel Prize)则是对诺贝尔奖的戏仿,自1991年起颁发,由科学幽默杂志《不可思议研究年鉴(Annals of Improbable Research)》主办,旨在评选出令人发笑而后深思的研究。这个看似无厘头的奖项,评委中却不乏真正的诺贝尔奖得主。
2012年开始,在浙江省科协的支持下,浙江省科技馆和科技媒体果壳网共同打造了中国版的搞笑诺贝尔奖——菠萝科学奖,口号是“向好奇心致敬”。开办八年来,胡立德已经在2015、2016和2019年三度获奖,他也许是世界上获得幽默科学奖项最多的科学家。
这些奖项背后有着共同的目的,即激发公众对科学的兴趣,背后的现实恰恰是科学家和公众之间存在着很深的隔阂。科学家在高度细分的专门领域埋头苦干,无暇向公众解释自己的研究,公众则无法理解科学家们的工作,认为他们是一群无聊的怪人。
胡立德曾当选全美最“浪费钱”的科学家——美国政治家每年评选20项最浪费国家经费的科学研究,有一年他占了三项。但他随即撰文为自己辩白:“科学家是有内在兴趣的人,我们不仅仅是为了服务公众而存在的。我们能预感到自己在做一些重要的事情,有时候为了到达终点我们不得不绕弯路……”而在研究之外,他热衷于从事科普和科学传播工作,他认为这是科学家的职责所在,相信让所有人理解自然界的奇异之美关系到全人类的福祉。
不久前,借着胡立德来中国参加2019年度菠萝科学奖颁奖礼的契机,澎湃新闻对他进行了一次专访,聊到了他有趣的动物研究、他对科学浪费经费的反驳、动物运动力学学科以及美国科普的历史与现状等等。
在机械工程系做动物研究,很好玩但招人恨
胡立德穿着定制的猫服装上台领奖。
澎湃新闻:这次是您第三次获得菠萝科学奖,在此之前,您在2015年的获奖研究是“蚊子为什么不会被雨水砸死”,2016年的时候是“苍蝇为什么总在搓手”?能否介绍一下今年的获奖研究?
胡立德:今年是“猫怎么用舌头清洁身体”。刚开始做这项研究是因为我有两个小孩,所以我成天都在做清洁,于是我就想动物是怎么做清洁的,为什么它们不会弄脏,也不需要洗澡?我的每个研究都会找一个在某方面最厉害的动物,那清洁最厉害的就是猫了。猫每天睡十六个小时,剩下的六个小时就在用舌头舔自己。我们进行了测量,人洗一次澡需要十升水,而猫把自己舔干净只需要三汤匙唾液。
我们研究了家养的猫、狮子、老虎等六种猫科动物,其中最小的和最大的体重差了30倍,研究发现它们的舌头都是像砂纸一样,很粗糙,这是因为上面分布着290个突起(papillae),有点像梳子的齿,但带有一点弧度,朝着同一个方向,也没有那么硬。这些凸起内部有空腔,当猫用舌头舔毛的时候,唾液就从位于突起尖端的小孔直接输送到毛上,所以不会浪费水,清洁效率很高。我们根据这个研究模拟猫的舌头做了一个梳子,梳起来要比一般的梳子省力,清洁能力也更强,这是我们实验室的第一个专利。
澎湃新闻:研究的具体过程是怎样的?有活的动物参加研究吗?
胡立德:我们是跟动物园合作的,美国有专门饲养老年猫科动物的动物园,它们死后遗体会保存在冷冻库,供研究者使用。我们从那里领了狮子、老虎、雪豹、美洲豹、山猫的舌头,利用显微CT进行可视化。另外就是用高速摄像机拍摄家猫舔毛的过程,还设计制作了一台可以用不同力度在毛皮表面拖拽舌头的“梳毛机(grooming machine)”,以及模拟猫舌头的梳子。
猫现在是人最喜欢养的动物,已经超过了狗,但这个研究的过程其实挺恶心的,负责的学生每天都要带着一大包舌头上学,猫舌头只有一个小手指那么大,但狮子的舌头差不多有人的头那么大,真的很可怕……
袋熊。
澎湃新闻:您的另一项研究——袋熊的粪便为什么是方的——上个月刚刚获得了第29届搞笑诺贝尔奖的物理学奖,能否给我们介绍一下这项研究?
胡立德:袋熊是世界上第二可爱的动物,第一名是大熊猫,所以澳大利亚人很嫉妒中国。我们人的粪便的含水量大约是80%,其他动物也差不多,但袋熊的大便只有50%的含水量,所以它们可以在澳大利亚干旱的夏天存活。它们的粪便为什么是方的呢?我们有一个进化假说:袋熊生活在土地下面,不喜欢其他动物侵犯它们的领地,所以它们喜欢爬到高处的岩石或者原木上大便,然后把粪便堆积起来形成小丘,作为标志领地的旗帜,为了方便堆积,它们的大便就进化得越来越方了。
袋熊的方形大便。
澎湃新闻:那这项研究是怎么展开的?是通过观察野外的袋熊吗?
胡立德:是澳大利亚的一个生物学家给我们寄来了因为车祸死掉的袋熊的大肠。在澳大利亚一种假说认为就像做不同形状的意大利面一样,需要有一个特定形状的模具,所以他们怀疑袋熊的肛门是方形的,但事实证明不是。袋熊的肠道有30米,粪便在经过肠道的过程中会越来越干,最后会出现明显的棱角。我们的研究认为有两方面的原因,一个是因为干燥,在世界上有一些地方,火山喷发后的岩浆经过长达一两百年的冷却,会开裂成六角形,这是因为不同方向遇冷时的收缩率不同造成的,袋熊的粪便因为干燥也有同样的特点;第二个方面是袋熊的大肠肠壁的厚度不完全是均匀的,充满粪便的肠道会膨胀,我们把细长的气球塞进袋熊的大肠测试其延展性,发现有两个地方是比较硬的,厚度大概是其他地方的两倍,粪便经过这两个地方的时候就会被挤压出棱角。这应该是第一个测量大肠不同区域厚度的研究。
有医生在看到这个研究结果后说,得了肠癌的人,大肠也会有比较硬的地方,所以如果人的大便出现了不同的形状,很可能就是大肠发生了病变。从物理学的角度来看,肠子是软的,软的东西可以产生方形的东西出来,我觉得这是很有意思的。
澎湃新闻:你们会需要在实验室饲养一些动物吗?会不会有一些比较危险的情况?
胡立德:我在亚特兰大动物园有一个办公室,我有一个学生研究大象,就会每周去一次。研究大象很危险,需要有动物园的工作人员在旁边协助。
实验室也会养一些动物,我是整个机械工程系最招人恨的老师。之前我们做蛇的实验,有时候蛇就跑到走廊上去了,把秘书吓坏了。我在办公室里养了一条两米长的蛇,做清洁的人进来一看,马上把门关上然后去系里面投诉。我们还养过火蚁,有一个本科生过敏,所以要整天带着抗过敏药和针筒。那会儿有学生没地方住,在我办公室打地铺,有一天晚上起来身上全都是蚂蚁,因为蚂蚁之间会通过化学信号沟通集体行动,也挺可怕的,可是他不用交房租嘛。
曾当选全美国最“浪费钱”科学家,他这样辩白

澎湃新闻:您的研究都非常有趣,会不会也因此受到一些质疑,比如这些研究除了好玩有什么用?
胡立德:会的。美国有一些参议员每年会评选“最浪费政府资助的20项科学研究”,通常会有20个科学家上榜,但在2016年,20项里面有3项都是我的研究,也就是说那年最浪费的研究里有15%都是我做的,我打破了一项世界纪录。
澎湃新闻:上榜的是哪三项研究?您有没有对这种观点进行反驳?
胡立德: 第一个是一只被淋湿的狗把自己的毛甩干有多快,第二个是松鼠和蜜蜂谁的毛更多,第三个是马尿尿要多长时间。我专门写了一篇文章(注:《一名浪费科学家的自白》)反驳他,发表在《科学美国人》杂志上,阅读量很高,大概很多人都很好奇这个科学家为什么要做这些奇怪的研究。
我做这些研究当然是有目的的,动物为什么能够这么高效地清洁自己,我觉得是一个很深奥的问题。也有很多人在利用这些研究的结果。比如说那个动物尿尿时间的研究发现,不管体型多大的动物,狗也好大象也好,尿尿的时间基本上都是21秒左右。日本有一个泌尿科医生,他找2000个日本人调查他们尿尿的时间,发现年轻人尿尿一般是21秒,但80岁以上老人就需要30秒以上,他发现这是一个检测膀胱健康程度的方法,发表了这方面的论文。还有一些生物工程师,他们把人体细胞放在蛋白质里面可以做出人造输尿管,但如果要在人体当中应用,就需要知道这个人造输尿管的使用寿命是多久,现在他们就可以按照每三小时使用20秒的标准来进行测试了。还有那个蜜蜂身上为什么有那么多毛的研究,蜜蜂跟苍蝇一样,脚上都有很多毛,我们发现这些毛可以把上面的花粉、灰尘等微粒弹射出去。这个研究被应用在了医用贴剂上,传统的贴剂表面容纳的药量可能不够,他们就像蜜蜂一样把药放在一些毛里面,还申请了专利。
澎湃新闻:那个议员被说服了吗?
胡立德:是的,他在Facebook上回复我说你讲得很有道理,你可以帮我找其他浪费科研经费的研究。其实那个议员和大多数人一样,事先并没有去了解研究背后的东西,所以你一反驳,他就很容易同意。在很多人眼里科学家都是一些奇奇怪怪的人,所以说他们浪费纳税人的钱好像是顺理成章的。事实上,早在1975年就开始有议员评选浪费国家经费的科学家了,已经有四十多年的历史,但过去很少有科学家会站出来反对政治家的批评。
澎湃新闻:那么您作为一个科学家,您认为有没有完全无用的、纯粹是浪费的科学研究?
胡立德:我觉得如果真的要找浪费经费的项目,他们应该去看那些跟战争有关的支出。而科学研究一开始往往是不知道有好处还是有坏处的,需要给科学家一些时间、一些自由。我认为浪费是如果你要从A到B,那么当然可以讨论怎样到达最省汽油、最不浪费,但如果你不知道B在哪里,那就没办法定义什么是浪费。而科学的目的就是要发现新的东西,是没有明确的终点的。如果不想发现新的东西,就不用做科学研究了,也就不会有所谓的浪费了。
跨越不同学科,打破刻板印象
澎湃新闻:您的研究都是跨学科的,包括了物理学、机械工程学和生物学,是什么样的教育经历塑造了您跨界的研究兴趣和想象力?
胡立德:我的教职是四分之三在机械工程系,四分之一在生物系,同时也在物理系当教授。我本科的导师是一个在机械工程系教课的应用数学家,机械工程和数学的关系是很密切的。在研究所读博士的时候,我的导师给了我一个生物系的课题,就是研究昆虫如何在水上行走,这也是我的博士论文题目,我觉得研究动物很有意思,我要多做一些这方面的研究。其实机械工程学很久以前就开始从生物学中获得启发了,我只是把这个做成了自己的专业。比如说有很多人研究壁虎如何在墙上爬行,但我觉得一些奇奇怪怪的动物也需要研究,比如之前就没有关于袋熊的论文。
澎湃新闻:研究动物的运动是一个专门的学科吗?这个领域的历史和现状是怎样的?
胡立德:是生物学地下的一个分支学科,叫做生物力学(biomechanics)。这个学科的历史很悠久,15世纪末的意大利科学家列奥纳多·达·芬奇(Leonardo Da Vinci)就开始了生物力学方面的研究,而机械工程方面像飞机的发明也是从鸟类的飞行中获得灵感的。可能是在1950年代伴随着电脑的使用以及高速摄像机的发明,生物力学才成为了一个专业。高速摄像机非常重要,因为动物的运动太快了,人眼看不到,比如苍蝇翅膀挥动的频率是非常快的。
现在也有一些科学家做这方面的研究,但大多数的生物学家都在研究细胞和基因,真正研究动物的人越来越少了。像我们研究老虎,现在野外的老虎几乎灭绝了,只有动物园才有。现在有很多自然博物馆,但人们认识的动物种类越来越少了。研究经费也大部分给了细胞和基因的研究,我觉得这很可惜,因为研究动物真的很有意思,所以我也希望通过我的书启发更多人从事这方面的研究。
澎湃新闻:您的教学风格也和您的研究一样有趣吗?
胡立德:对,我这学期上流体力学课的时候就给学生看袋熊的大便,让他们都闻一闻,流体力学不仅仅是应用在汽车、飞机,和动物也关系密切,所以我会举一些跟动物相关的例子,让课堂变得比较有意思。
澎湃新闻:美国人或者美国学界可能都对华裔有一些刻板印象,比如数学特别好,但是没有创造力,您大概是一个特例?您自己在教学中对中国学生的印象怎么样?
胡立德:我觉得第一点是对的,第二点可能是他们嫉妒,想找回一点场子。美国人觉得中国人不幽默,可能确实很多来美国留学的中国学生因为是在外读书,表现得不是那么幽默。我的确想要打破一些刻板印象,不仅仅是美国人对华裔的刻板印象,还有所有人对科学家的刻板印象。很多人都觉得科学家不正常,科学很无聊,其实科学是很有意思的。
中国人肯定是有创造力的。我觉得中国学生的问题是不够勇敢,他们害怕如果做一个不一样的研究,会吸引很多注意力,需要回答很多外界的提问。但这也不只是中国学生的问题,很多美国学生也是这样,这是年轻人身上共同的问题。有的学生会觉得生物系的人都在研究细胞,我是不是也应该做细胞。当然现在科研经费的分配确实有倾向性,研究生、博士生毕业也很难找工作,但最重要的是要有自己独特的研究。我觉得年轻人应该更独立一点,不要去在乎其他人的看法。我们很小的时候其实是不在乎其他人的看法的,但像我的小孩现在七八岁就已经开始担心别人怎么看自己了,我希望帮学生改掉这种坏毛病。
科学家应该跟公众对话,好玩的研究也是严肃的科学
澎湃新闻:在做好玩的研究的同时,您也做了很多科普和科学传播方面的工作,包括写作科普读物、参与科普纪录片拍摄等等,在中国,科学家参与科普的情况并不理想,能否谈谈美国科学界科普的传统和现状?
胡立德:我今年得了美国物理学会(American Institute of Physics)颁发的书籍类科学传播奖,六名获奖者里面除了我以外都是记者,所以美国的情况也是一样,大多数科学家都觉得写一本没有同行会看的书是浪费时间。但我个人的职业目标里面有一项就是要影响年轻人,在网上看袋熊大便研究的大多数都是二十多岁的人,还有一些小孩子。
其实像报纸科普的历史是很短的,我认识一个《纽约时报》科学版的记者,他说《纽约时报》之所以会有一个科学版,是因为电脑开始普及以后,有一些电脑广告没有地方放,既不能放在家居版,也不能放在时尚版,只能另外创立一个科学版。所以从电脑普及开始算,科普只有30年左右的历史。
但是我觉得现在很多科学家已经不喜欢自己的工作了,因为根本没有人知道他们在做什么,如果他们写一些科普读物或者做一些面向公众的演讲,得到一些反馈,自己也会从中得到很大的推动力。我经常会收到一些很好玩的电子邮件,有一个加拿大人看到了我们关于大便的研究,就给我写邮件说他要测拉肚子的速度,因为他在印度工作,那里经常有霍乱,他就想到可以通过在公共厕所装一个测大便速度的仪器,来判断霍乱的流行程度以及是否需要采取控制措施。
《如何在水上行走和爬墙:动物运动和未来的机器人》(How to Walk on Water and Climb up Walls),胡立德 著,普林斯顿大学出版社,2018年10月,ISBN: 9780691169866。
澎湃新闻:您获奖的这本书副标题就是“动物运动和未来的机器人”,机器人和人工智能是目前很热门的研究领域,能否介绍一下动物运动在其中扮演的角色?
胡立德:我的很多研究最后都会做一个机器出来,比如说水黾在水上行走的研究就做了一个机器昆虫,动物嗅觉的研究也做了可以分辨不同奶酪气味的机器。现在所有机械工程系的学生都想做机器人,而要做在户外工作的机器人就需要看动物是怎么在不平坦的、复杂多变的地形当中运动的。不过我们主要是发现原理,有很多专门做机器人的公司会进行开发,现在有很多可以爬墙和飞行的机器人。我研究蚁群的运动,有人从中受到启发,做个一千个小的机器,可以沿着桌面前进,不过数量这么多的机器,必然会存在一些沟通上的问题,所以还需要很长时间的改进。
澎湃新闻:您已经得过两次搞笑诺贝尔奖了,这是一种怎样的体验?
胡立德:这个奖目前有三个人得过两次,我的本科导师得过一次,他的导师得过两次,我是第三代搞笑诺贝尔奖得主(笑)。
澎湃新闻:但其实这些搞笑的研究其实背后也有非常严肃的科学探究……
胡立德:对,我经常讲这些可能人家觉得我是个喜剧演员甚至小丑,但我是真的想要了解背后的原理、逻辑,需要做严肃的科学研究,而且也是不容易的,通常一项研究需要三四年时间才能做完。
澎湃新闻:您可能已经是世界上获得幽默科学奖次数最多的人了,之后的目标会是真正的诺贝尔奖吗?
胡立德: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。
责任编辑:郑诗亮
校对:刘威
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 胡立德,搞笑诺贝尔奖,菠萝科学奖,动物运动力学,科普

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