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(shí)代和非工業(yè)化時(shí)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(shí)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(gè)時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)，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(gè)流程。如此之久的消化時(shí)間，讓袋熊常年保持著一個(gè)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(gè)方方正正的塊狀糞便，每顆尺寸在4厘米左右，這在整個(gè)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(shí)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(gè)方形的肛門，或者是肚子里有一個(gè)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(shí)“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(shí)，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(gè)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(gè)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！｜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(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(shí)，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(gè)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.

關(guān)鍵詞： 研究人員 澳大利亞