這年頭,糞便也能用來聊天、交朋友了
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(zhì)無一不包含著大量信息,反映著生命體的日常生活習(xí)慣和健康狀態(tài)。
便便的七種形態(tài)|Health partner.com
比如,2021年頂級學(xué)術(shù)期刊Nature雜志上的一篇來自哈佛醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)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(yè)化時代和非工業(yè)化時代、保存完好的人類糞便的秘密。
(資料圖)
研究發(fā)現(xiàn), 古代及現(xiàn)代非工業(yè)化時代的樣本中,含有大量與淀粉代謝有關(guān)的基因,這說明那個時期的人們會攝入更多的復(fù)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(guān)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(jīng)常用爪子挖洞創(chuàng)造居住條件,為了避免挖洞時泥土飛揚(yáng),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(dāng)敏捷(奔跑速度最高可達(dá)40公里/小時,賽過人類最強(qiáng)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(yǎng)食物為主,比如牧草、樹皮和灌木。作為補(bǔ)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(jìn)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(jù)生物學(xué)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(dú)一“糞”的。不禁讓人心生疑惑,袋熊的腸道是如何產(chǎn)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(xué)院的機(jī)械工程博士后楊佩良對這一現(xiàn)象非常感興趣,從2018年開始對袋熊腸樣本進(jìn)行組織學(xué)和拉伸實(shí)驗(yàn),并根據(jù)觀察到的結(jié)果進(jìn)行2D建模,最終在2021年發(fā)表了相關(guān)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(shè)很快就被推翻了?!?/p>
(圖源University of Tasmania)
一般而言,從消化系統(tǒng)中排出的大便形狀,會根據(jù)腸道蠕動時“捏出”的狀況而定。研究人員將氣球放進(jìn)袋熊和豬的腸道中的不同部位充氣后,對彈性做比較后發(fā)現(xiàn), 豬的腸道整體充滿彈性,而袋熊不同區(qū)域腸道的厚度和硬度都有所不同。當(dāng)消化殘?jiān)ㄟ^腸道時,那些較硬的區(qū)域可能有助于塑造便便的棱角。
并且,大多數(shù)哺乳動物的腸道肌肉都是向各個方向有節(jié)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(guī)則。
袋熊的糞便在最后25%的腸道中從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),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(yǎng)成分和水分,且消化殘?jiān)谐:写罅康闹参锢w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(shí)是我在媽媽育兒袋里捏的?。黈indGrove
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(jìn)行交流。
該研究還獲得了2019年的搞笑諾貝爾物理學(xué)獎|Flickr
另一種推測是,袋熊會爬上巖石和木頭等高處來標(biāo)記自己的領(lǐng)地(雖然它們經(jīng)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(dú)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(jìn)行反復(fù)消化,提高營養(yǎng)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(diǎn)是,食草動物腸壁的收縮能力非常強(qiáng)且施力均勻,它們腸道還擁有一種特殊的“分節(jié)運(yùn)動”功能,會將食物分成一小塊一小塊的 。與此同時,腸內(nèi)分泌物給便粒增加了光滑的外皮,再經(jīng)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(guān)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(rèn)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(fèi)力的立方體便便,可能對人類的制造技術(shù)產(chǎn)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(chuàng)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.
責(zé)任編輯:hnmd004
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