爬树爬不过猴子,排队更省时
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图片 1机遇号火星车,已经在尘暴中沉睡了2个多月。图片来源:Thomas Cortellesi

有没有比人更不擅长爬树的猴子?

要是刘姥姥来到21世纪,把每一座大都市都逛上几圈,她一定会觉得都市人最喜欢的娱乐就是排队。早在1946年,匈牙利裔的作家乔治·米克斯(George Mikes)定居伦敦时,就在著作《如何当一个外星人 》(How To Be An Alien)中写下了一段经典名言:“到周末,英国人在公车站前排队到里士满公园(Richmond Park)玩。他们排队等游船,排队等喝茶,排队等吃冰淇淋。然后纯粹出于兴趣,再去排一些更奇怪的队伍。最后回到公车站前排队,花上他一辈子的时间……许多英国家庭喜欢晚上在家里排上好几个小时的队伍。当小孩子不玩了,准备排队去睡觉时,是父母们最难过的时刻了。”

NASA的机遇号号火星车,自6月10日起就陷入了沉寂,再也没有跟地球取得过联系。

不好意思,还真没有。别说猴子了,整个灵长类里都没有,连银背大猩猩都比我们强。虽然成年雄性银背大猩猩很少上树,但那不是攀爬能力的问题,主要是树不行。

图片 2每当有新的电子产品即将发售时,狂热的粉丝们就恨不得提前好几天带着装备来排队了。图片来源:mirro.co.uk

使用太阳能提供电力的机遇号,此前遭遇了一场遮天蔽日的尘暴,能量来源被尘暴彻底切断。为了应对这一局面,机遇号紧急中断了一切科学探测,只保留了一项任务——定期给地球报个平安。

图片 3金刚不爬树,只是没有合适它的树。图片来源:Wikipedia

这是旁观者兴灾乐祸的心态。对于身陷在队伍之中的人,或者商家来说,看到这么多等得不耐烦、随时要离开的客人,总归是一件不好的事。各位有没有想过,如果不考虑先来先到的公平性原则,想减少所有客人等候时间总和的话,该先服务哪些客人吗?

再后来,这场尘暴愈演愈烈,直至席卷火星全球,发展成了机遇号探索火星15年来经历过的最大尘暴。而机遇号本身,也只在6月10日报过一次平安之后,再没有了任何音讯。

身为一只灵长类动物,不擅长爬树也翻不过墙头,这确实有点对不起我们的古猿祖先。不过,人类学家们已经帮你把借口都想好了——现代人类之所以不长于攀爬,问题就出在适于直立行走的屁股上

答案是,先服务很快就可以搞定的客人。

如今,在机遇号失去联络2个多月之后,火星上的这场全球尘暴终于出现了衰退的迹象。所谓“衰退”,指的是虽然仍有灰尘从地面随风扬起,但数量已赶不上从大气里落定下来的尘埃了。

攀爬:灵长类的祖传手艺

如果我们的灵长类亲戚能看懂动作武打片,它们一定会觉得无聊透顶——那些竹林之巅高手对决的场景,不过是丛林生活的日常而已。就亲身体会而言,我曾在内伶仃岛保护区调查过野生猕猴种群。在印象里,我所见的猴子从不会正经爬树——它们在树冠间穿梭,从来都是在“飞行”。有时,快得甚至连影子都捕捉不到,只有一片穿林打叶声。除了猴子,看似笨重的类人大猿也多善于攀爬。而即使是在开阔草原上生活的狒狒,只要有机会上树,也会立马没影。

可以说,卓越的攀爬能力是灵长类家族的祖传技术,而要修炼此般功夫,又需要怎样清奇的骨骼呢?

举例来说,大毛、二毛、小明三兄弟在柜台前排队,大毛买了全家的生活用品,得花100秒结帐;二毛拿了一堆零食,需要花50秒结帐;而小明只拿一罐奶茶,10秒就结完帐了。如果按照年龄从大到小的顺序结帐,大毛、二毛、小明各自会花上100秒、150秒、160秒的时间才能完成结帐,平均时间为136.7秒。但如果颠倒过来让结帐快的人先结帐,则小明、二毛、大毛仅需要10秒、60秒、160秒可以完成结帐,平均是76.7秒,缩短了60秒。

机遇号还能不能醒来,答案可能就快要揭晓了。

少年,我看你骨骼里藏了套杠杆

不妨回想一下,在你爬梯子的时候,身体哪些部位在用劲?除非你是臂力惊人的单杠满分少年,否则下肢的配合是不可或缺的。攀爬和直立行走时用到的下肢肌肉很相似,无非都是在收腿伸腿,只是幅度不同,且攀爬多增加了蹲起动作。这其中,大腿部分发挥关键作用的肌肉,分别是股四头肌肌群(大腿前侧的肌肉)和腘绳肌群(大腿后侧的肌肉)。这两组肌肉都是一端连在骨盆上,一端固定在膝关节上。

图片 4图中蓝色箭头所示的是股四头肌群,位于大腿正面。绿色箭头指示的是腘绳肌群,位于大腿后面。它们一端连在骨盆,一端固定在膝关节上,控制着下肢的行走与攀爬。图片来源:Pinimg.com

那么,在人类骚气地行走或者笨拙地攀登时,腿上这些零部件到底如何在工作?

就说爬梯子。 

最开始,大腿前侧的肌群紧张收缩,带动股骨(大腿骨)以髋关节(大腿根)为轴心向前上方转动,提溜起膝盖;

同时,大腿后侧的肌群收缩,弯曲膝盖,脚踩住梯子的上一级横杆。

接下来,小腿固定不动,以膝盖为轴心,大腿前侧的肌群重新“拉直”膝关节;

同时,以髋关节为轴心,大腿后侧的肌群(和臀部肌群一起)向后拉”大腿,伸展髋关节,“撬”起身体,最终实现一个完整的攀爬动作[1]

灵长类亲戚和人类的解剖结构基本一致,它们下肢的肌肉骨骼也是这么运转的。

眼尖的朋友可能看出来了,这一套下肢的运动方式,本质上悄然借用了杠杆原理。杠杆是股骨本身,支点则是髋关节。杠杆的动力来源自肌肉对股骨下端(靠近膝盖的一边)的拉扯,要克服的阻力是身体的重力。只不过,这个杠杆并不是跷跷板那样支点在中间的杠杆,它更像生活中另一种常见的杠杆:扳手

股骨就好比“扳手柄”,髋关节就好比扳手转动的轴心,在腿部肌肉拉动扳手向上或者向下转动的过程中,人类或猴子大猿们就完成了迈步前进,或是在树林间攀援直上的动作。

显然,在大腿后侧肌群的拉动下伸展髋关节“撬”起身体是向上攀爬时重要的一环。而人类的爬树能力之所以在灵长类家族里不幸垫底,问题就出在这个由大腿后侧肌群、大腿骨和髋关节组成的“扳手”系统上[2]

用符号表式可以看得更清楚,当三人结帐时间各自为t1、t2、t3,并按照这样的顺序结帐时,每个人各自完成结帐的时间是t1、t1+ t2、t1+ t2+ t3,平均为t1+ 2t2/3+ t3/3。随着队伍的顺序,越后面的人对结帐时间影响越小,以N个人来说,第n位客人的排队时间是tn,平均时间即为:

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