@ 2021.01.31 , 10:23

如何拉出方形的翔

投稿:Issakios
摘自 https://www.sciencealert.com/wombats-have-cube-shaped-faeces-scientists-just-figured-out-how-they-poo-it

(实际上你没法(或者说很难)拉出方形的翔。)

我们首先要卖个关子:本文的主角,Patricia Yang已经见识过了许许多多的翔。在这位获奖科学家研究体液动力学的日子里,她曾经见识了各种各样的翔:来自奶牛的水样便便,来自啮齿动物的颗粒状便便,以及来自大象的巨大球状便便。

但是无论何种经历都没能让她对下述的内容做好准备。

2015年,Yang发表了一个用以描述肠道运动的数学模型。在这篇会议论文的参与者中,一位科学家问她:“这个数学模型是否适用于袋熊呢?”尽管她见多识广,袋熊的翔对她来说依然是一个陌生的存在。她在谷歌上搜索“袋熊翔”,然后就看到了她有生以来所见过的最怪的翔。

这种澳洲的哺乳动物的翔看起来像是小小的黑色立方体,是世界上独一无二的棱形便便。事实上袋熊是目前已知的唯一一种可以自然产出立方体的动物,而且科学家们对它们这种独特的能力一无所知。

Yang立刻就被这种翔迷住了。方翔谜团已经有些年头了,但是从来没有人真的去调查为什么袋熊能拉出方翔。

她跟她在佐治亚州理工学院的实验室主管,生物机械工程师David Hu一起决定改变这一经久的现状,着手研究袋熊的方翔。2018年时,他们才终于摸到了来自一只裸鼻袋熊(Vombatus ursinus)的肠道。

这一肠道样本来自一位澳大利亚塔斯马尼亚岛的科学家,在被解剖后被运到了美国。它明确地展示了肠道内物质的变化过程,从泥泞的未知物质一步步地变成棱角分明的六面体,就像一个“可怕的圣诞节装饰物”(?)。

看起来在袋熊翔被排出体外以前就已经被塑造成了方形。在进一步用CT扫描了一只活体成年袋熊的肛门之后,科学家验证了这些动物的肛门是圆的,而非方的。那么它们怎么能拉出方翔呢?

所以问题的关键就是袋熊们的肠子了。用两个袋熊的解剖结构和上述的数学模型,Yang和她的同事已经弄清楚了袋熊为什么能拉出立方体。

首先第一点就是袋熊极长的肠子,最长可达9米。和人类相比,这些仅仅长约一米的生物的消化过程慢得可怕,有时吸取食物中所有的营养和水分要花5天。

因此,袋熊的翔一般来说都比人类的翔要干大约两倍,这能帮助它们适应澳大利亚的干旱气候。同时,这也帮助它们形成了独一无二的翔形。

你可以清楚地从袋熊肠子来看到整个从黄绿色消化粘液到干燥的棱角斜面立方体的渐变过程。

他们用气球吹胀了袋熊肠道的一些部分,发现有些地方的组织和肌肉厚度和硬度水平各不相同。

而在肠道实际运作过程中这意味着袋熊肠道各部分的收缩方式略有不同。肌肉紧而有力的部分收缩迅速,拉屎更用力,而柔软的部分收缩更慢,它们形成了棱角。

在建立简易肠道模型时,作者发现在不到10个收缩周期内就可以让便便形成棱角。

研究小组写到:“在这5天的消化时间内每个几秒钟就会发生一次收缩周期,在整个消化过程中会发生10万次的收缩。”

在袋熊肠道的尽头,也是袋熊翔最干燥的地方,足够的收缩会在那里形成一排立方体。解剖显示,立方体的形成区域仅占肠道最后的17%。(在2018年的旧论文中研究团队认为是最后的8%。)

Hu解释说这一过程就像是在烤蛋糕,一开始面糊又粘又湿,而随着时间推移会在炉子里慢慢变热变干。当蛋糕的边缘和模具接触时,就开始形成棱角和表面,最后才发生凝固。

顺便说一句,袋熊每天能挤出大约100个这种六面体布朗尼蛋糕。

然而它们的拉屎习性是另一个谜题。袋熊的视力不怎么样,所以它们可能可以用翔来和其他动物交流。它们喜欢在岩石,原木,或者其他更高的地方屙屎,以让它们留下的信息更明显。

所以这些翔的立方体状形状能有助于把这些翔堆积起来,毕竟圆形的便便会滚走。

当然这只是个推测。另一种推测是袋熊翔的六面体结构提供了更大的表面积,而更大的表面积可以用来散播更多气味,从而更有效地传递袋熊的社会信号或者生殖地位。

其他科学家则认为这只是过度理解。方形粪便只是肠道脱水的结果,比如,在动物园和野生动物园里袋熊们没有那么缺水,它们就不太能拉出那么棱角分明的翔。

显然关于袋熊的翔我们还有许多需要理解的地方。五年前在会议上向Yang提出这一问题的机械工程师Randy Ewoldt表示他对两位科学家取得的进展实在是印象深刻。他在一封电子邮件里说:“我们的作者展示出了英雄一般的努力和跨越地球两端的合作精神。”

“人们不禁会想问:世上还有什么人能把如此混杂而复杂的多学科工作压缩如此规整的科学贡献?”确实,还有谁呢?

这一研究发表在Soft Matter上。


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