都是舔水喝，狗和猫有什么区别？
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
一眼看过去，你会觉得猫和狗喝水没什么区别，都是用舌头舔。
△图源：Antranik.org、Dogster
狗和猫之所以选择舔水，而不是吸水，是因为猫狗等食肉动物的面部肌肉和人类比，少了太多，在断奶之后不能密封口腔来产生吸力，所以必须依靠舌头将水送入口中。
△狗的面部肌肉群图源：Worldbuilding Stack Exchange
△人们的脸部肌肉群 图源：Pinterest
假如仅是简易观查狗和猫喝水，并没有什么很大的区别，全是把嘴巴外伸来，随后作出舔吸的姿势。
但如果引入了流体力学的研究方式，你就会发现，猫和狗喝水的方式并不一样。
猫是如何喝水的？1940年，美国华盛顿的使者酒店餐厅举行了第12届奥斯卡颁奖颁奖盛典，那一年，彼得·O·鲁普兹尼克制做的《乱世佳人》得到了包含十佳电影的13个荣誉奖，毫无疑问是曾经的最大的大赢家。这和猫舔水有什么关系？想对你说的并并不是《乱世佳人》，反而是那一年的奥斯卡奖的最好短视频《眨眼之间（ Quicker 'n a Wink ）》。
△Quick’n a wink 拍照剧图 图源：the guardian
这个短片介绍了一种摄影技术——频闪摄影，这是一种借助电子闪光灯的连续闪光，在画面上记录物体的连续运动过程。因为一瞬间的动作，在频闪的作用下，几十个影像会同时出现在画面上，所以可以展示出人肉眼无法看到运动过程。
在短片里面，展示了不同物体的慢动作，比如鸡蛋落在桨叶上被打碎的一瞬间，细针戳破气泡的刹那等等。其中，在4分30秒的时候，展示了一只黑白小猫的舔奶过程。通过频闪摄影，猫的高速舔奶瞬间以慢动作的方式展现了出来。
△短视频由来：quick’n a wink
但是这个视频离解释猫是怎样舔水的问题，还差远了呢！这终究就是一个短视频，展现的就是一个抽象化的全过程，并沒有数字化的表达全过程，谈不上科学合理，要清楚这但是科普读物。
Pedro M. Reis是一位物理学教授，他对猫如何舔水这个问题很感兴趣，在看了上面介绍的频闪摄影短片后，2010年，他做了一个猫舔水的流体力学研究。他先找来了10只猫，并用高速摄影机捕捉它们舔水的每一个细节，进而转化为数据来分析。
下边两张图展现的是高速摄像机拍下来的猫舔水全过程：
△图源：参考文献1
你会发现，在单次舔水的过程中，猫的舌尖并不是伸进液体里把奶舀进嘴里。而是将舌尖卷曲类似于一个平面，然后靠短暂地接触液面，把水稳定“带”到3cm的高度，在水因为重力作用下坠之前，把嘴合上，把滞空的水柱含住。这么反反复复舔11次，便完成了喝水的过程。
下图是猫舔水的频率（舔的动作是从舌头的伸出开始，到关上嘴巴），你可以看到舔的频率是相当稳定的，大概是每隔0.25s舔一下。
△图源：参考文献1
舔水的较大速率约是78cm/s（下面的图）。
△图源：参考文献1
水为怎样被嘴巴拉回去的呢？生物学家觉得，当嘴巴以一定的速率触碰液态并走的时候，水具备一定的黏性，动量矩的传送会让一部分水因惯性力带离河面，如同刹车的过程中会把人甩出来一样。升高全过程中由于有重力，水的提升速率持续缓减，只有抵达一定相对高度。在全部相互作用力剖析中，黏滞力和毛细管力可以忽略。
所以说猫在舔水的时候，不是用舌头把水舀进嘴里，而是通过惯性，把水带上来，再含住。而猫舔水的频率刚刚好在惯性和重力之间进行了完美的平衡，如果再快一点或者再慢一点都不能喝到最多的水。
△猫舔水慢镜头 图源：KQEDdeeplook
为了验证自己的想法是对的，即猫舔水的频率是由重力和惯性决定的，科学家做了一个模型来复刻舔水瞬间，模型上圆盘的大小和猫舌头接触液面的面积大小一样。这个模型会垂直接触水的表面，通过改变接触面的大小和速度，来观察这两个因素对被带上来的水的体积的影响。
△图源：参考文献1
随后生物学家发觉，仅有以猫舔水的效率和工作频率触碰并离去河面的情况下，升高的管口容积才算是最高的。所以说，猫舔水的形式是最科学合理的，尽管猫并不了解什么是科学。
然后科学家通过Youtube观察了其他猫科动物，比如老虎、狮子、美洲狮等，结果发现猫科动物的舔水都是有规律的，并且符合一个公式：
f=4.5M^?0.14，f是频率，M是动物的质量，单位是千克。公式可以简单理解为，越重的猫咪，舔水的频率越低。
狗是如何喝水的？狗舔水可没有猫咪那么优雅了。同样地，科学家也是通过高速摄影机对狗狗舔水进行观察。在高速摄影下，可以观察到狗舔水的基本机制和猫差不多，都是舌尖向后弯曲，然后快速地接触水面，把水给带上来。
△狗舔水慢镜头 图源：Reddit
△图源：参考文献2
为了更清晰地看到水是如何进入狗口中的，科学家甚至动用了X光机进行拍摄。既然用了X光机，狗喝的水肯定也不是普通的水了，而是混合了钡和奶的混合物。这下可以清晰地看到，狗也是利用惯性，用舌头把水给“引”上来的。
△图源：参考文献2
但狗舔水不同的地方是，狗舔水会把舌头更深地伸入到水里面，再把舌头缩回来的时候，这时就会溅出很多的水花。也因为狗舔水舌头进入水更深，因此给人一种狗是用舌头把水舀起来的错觉。
△图源：VOAnews
总结一下，虽然猫和狗的舔水机制一样，但狗舔水的时候，控制不好舌头进水的深度，会打出一个水花，这时候就有可能搞得自己和地板都湿漉漉的；而猫舔水的时候，则会是相对稳定的水柱，动作显得很干净。打个比方，如果说猫咪是跳水运动员，压得住水花，那么狗子就是一个普通人跳水。
来看，猫比狗雅致是确实科学合理，喝水压浪花就可以看得出。
参考文献：
1、Reis P M, Jung S, Aristoff J M, et al. How cats lap: water uptake by Felis catus[J]. Science, 2010, 330(6008): 1231-1234.
2、Crompton A W, Musinsky C. How dogs lap: ingestion and intraoral transport in Canis familiaris[J]. Biology letters, 2011, 7(6): 882-884.
