袋熊肠道弹性不均的沟槽结构,通过不规则收缩将粪便压成立方体。

人类痴迷于立方体,魔方、我的世界、立体主义艺术无不证明这一点。但整个动物界只有一种动物能拉出立方体便便:裸鼻袋熊。这种毛茸茸的澳大利亚有袋类动物每天挤出近100颗六面体粪便,这一能力长期令科学家困惑。如今,研究者终于揭开了袋熊肠道如何制造这种特殊排泄物的秘密。康奈尔大学未参与该研究的生物物理学家Sunghwan Jung评价说"这项研究真的很棒,显示这些动物的肠道非常特殊"。

科学家终于破解袋熊的方形便便之谜

裸鼻袋熊(学名Vombatus ursinus)体重可达35公斤,生活在澳大利亚的草原和桉树林中。它白天在地下隧道中度过,夜间在地面吃草。这是一种领地性动物,留下不寻常的粪便是其标记领地的方式。但核心问题是:方块形状带尖锐棱角的粪便,怎么可能从一个圆形的肛门中排出来?

为了找到答案,科学家解剖了因车祸死亡的袋熊。他们在肠道内发现了两条沟槽,那里的组织弹性更强。团队在2018年美国物理学会流体动力学分会上首次报告了这一发现。在新的后续研究中,他们又解剖了两只袋熊,测试了肠道肌肉和组织层的力学特性,发现不同区域的厚度和硬度各不相同。然后团队创建了一个二维数学模型,模拟这些区域如何在消化节律中扩张和收缩。肠道各段在数天内持续收缩,在吸收粪便中营养和水分的同时将其挤压成型。

这项发表于《Soft Matter》期刊的论文揭示,较硬的部分"像一个硬橡皮筋,收缩速度比较软的区域更快",而软区域缓慢挤压,最终塑造出立方体的棱角。在其他哺乳动物中,肠道肌肉的蠕动波在所有方向上均匀推进,但在袋熊体内,沟槽组织和不规则收缩经过多个周期反复作用,最终将粪便塑造成了坚实平整的方块。

至于为什么进化出方形粪便,研究作者、佐治亚理工学院生物力学研究员David Hu推测,袋熊经常爬上岩石和圆木标记领地,扁平侧面的粪便不容易从高处滚落。虽然这项知识不会改变塑料的制造方式,但袋熊的策略或许能帮助工程师设计更好的方法来塑造贵重或敏感材料。Hu还认为这些知识能帮助判断人工饲养袋熊的健康状况:粪便越方正,袋熊越健康。野外的袋熊粪便比圈养的更加棱角分明,这个细节本身就是一种直观的健康指标,可以帮饲养员快速评估动物状态。

原文:https://www.science.org/content/article/how-do-wombats-poop-cubes-scientists-get-bottom-mystery