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有“屎”以來,人們對糞便的探索就從未停止過,從形狀、顏色、濕度到氣味再到菌群,這些性質無一不包含著大量信息,反映著生命體的日常生活習慣和健康狀態。

便便的七種形態|Health partner.com

比如,2021年頂級學術期刊Nature雜志上的一篇來自哈佛醫學院等機構的文章Reconstruction of ancient microbial genomes from the human gut,就揭示了8份距今1000到2000年左右,789份工業化時代和非工業化時代、保存完好的人類糞便的秘密。


(資料圖)

研究發現, 古代及現代非工業化時代的樣本中,含有大量與淀粉代謝有關的基因,這說明那個時期的人們會攝入更多的復雜碳水化合物;古代樣本的微生物群落中,與抗生素耐藥性相關的基因較少,炎癥也很少

但我們今天的主題不是人類的糞便,而是一個能拉出奇特方形便便的動物——袋熊(Phascolomidae)

袋熊經常用爪子挖洞創造居住條件,為了避免挖洞時泥土飛揚,讓育幼袋里的袋熊寶寶被動吃土,育幼袋“貼心”地將開口朝向了后方。不過這也讓袋熊媽媽更容易把便便拉到袋熊寶寶頭上(?|University of Tasmania

袋熊是一種外表看上去胖乎乎、圓滾滾、腿又短的有袋類動物,看起來笨重滑稽但又相當敏捷(奔跑速度最高可達40公里/小時,賽過人類最強的博爾特),主要生活在澳大利亞東部、南部及塔斯馬尼亞島。

袋熊通常以低營養食物為主,比如牧草、樹皮和灌木。作為補償,它們有6~9米長的長腸道,食物需要花2~4天才能走完一個流程。如此之久的消化時間,讓袋熊常年保持著一個較低的代謝率,使得它可以進行耗能極大的挖洞工作以及在干旱條件下生存

毛絨絨、看起來很好rua的樣子|CNN

據生物學家觀察,這種毛茸茸的澳大利亞有袋動物每天會擠出近100個方方正正的塊狀糞便,每顆尺寸在4厘米左右,這在整個動物界都是獨一“糞”的。不禁讓人心生疑惑,袋熊的腸道是如何產生這種糞便的?難道它們長著方形的腸道?塊狀糞便在排泄的時候不會卡住嗎?

一位來自美國喬治亞理工學院的機械工程博士后楊佩良對這一現象非常感興趣,從2018年開始對袋熊腸樣本進行組織學和拉伸實驗,并根據觀察到的結果進行2D建模,最終在2021年發表了相關研究的論文。

楊佩良曾說:“一開始,我的推測是袋熊擁有一個方形的肛門,或者是肚子里有一個可以形成立方體的器官,但這些假設很快就被推翻了。”

(圖源University of Tasmania)

一般而言,從消化系統中排出的大便形狀,會根據腸道蠕動時“捏出”的狀況而定。研究人員將氣球放進袋熊和豬的腸道中的不同部位充氣后,對彈性做比較后發現, 豬的腸道整體充滿彈性,而袋熊不同區域腸道的厚度和硬度都有所不同。當消化殘渣通過腸道時,那些較硬的區域可能有助于塑造便便的棱角。

并且,大多數哺乳動物的腸道肌肉都是向各個方向有節奏地收縮,而袋熊厚度不均的腸道使得其肌肉組織的收縮變得不規則。

袋熊的糞便在最后25%的腸道中從液態變為固態,在最后8%的腸道中,逐漸形成具有明顯邊緣的2厘米立方體。

另一個次要原因是,袋熊漫長的消化過程讓它們可以從食物中提取所有可能的營養成分和水分,且消化殘渣中常含有大量的植物纖維,便便通常比較干硬,越干便便的棱角就越明顯

袋熊幼崽:偷偷告訴你們哦,其實是我在媽媽育兒袋里捏的!|WindGrove

那么,袋熊為什么要讓腸道“捏出”這種形狀的便便呢?

研究人員推測袋熊會撿拾自己的便便堆起來,以這種方式來和同類交流,而立方體形狀有助于它們將便便堆成“高塔”,“便便塔”越高越突出,就越能夠吸引到其它的袋熊來嗅聞、來進行交流。

該研究還獲得了2019年的搞笑諾貝爾物理學獎|Flickr

另一種推測是,袋熊會爬上巖石和木頭等高處來標記自己的領地(雖然它們經常會受到腿短的限制……),而立方體便便不易從高處滾落。于是那些拉球形便的祖先就被淘汰,留下了這種能拉立方體便便的佼佼者。

除了袋熊獨有的立方便便,球形便便也是自然界中少有的,你有想過為什么一些食草性動物(例如羊、馬、兔子等)的便便是一粒一粒的嗎?

(圖源Gifer)

這和立方便便的形成原因有些相似,首先,它們會將吃到的食物和水進行反復消化,提高營養成分的利用率,尤其是像羊這樣的反芻動物。其次,它們吃的食物主要是粗飼料和干草,這些高纖維的食物在腸道中難以消化完全,在便便中留存了不少,使其更容易形成形狀。

最重要的一點是,食草動物腸壁的收縮能力非常強且施力均勻,它們腸道還擁有一種特殊的“分節運動”功能,會將食物分成一小塊一小塊的 。與此同時,腸內分泌物給便粒增加了光滑的外皮,再經過腸道的搓壓,這些小塊逐漸變得圓潤(類似手搓泥丸的過程?),形成了球形便便。

(圖源Flickr)

盡管關于便便的研究看起來毫無意義,或者只是為了滿足人類的好奇心,但是研究人員卻認為,在大自然都偏愛圓形球體的情況下,袋熊這個在生物界中并不常見且制造平面和棱角都更費力的立方體便便,可能對人類的制造技術產生重大影響

畢竟,人類制作方形物品只能靠塑形、裁切兩種方法,而看上去呆呆的袋熊卻創造出了第三種方法呢!

參考資料

[1] P. Yang et al. How do wombats make cubed poo? American Physical Society Division of Fluid Dynamics meeting, Atlanta, November 18, 2018.

[2]https://edition.cnn.com/2021/01/29/australia/wombat-poop-cubes-intl-scli-scn/index.html

[3]https://www.sciencenews.org/article/how-wombats-poop-cu bes

[4]http://windgrove.com/blog/owls-and-wombats/

[5]Yang PJ, Lee AB, Chan M, Kowalski M, Qiu K, WaidC, HuDL. (2021). Intestines of non-uniform stiffness mold the corners of wombat feces.Soft Matter,17(3), 475-488.

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