袋熊为什么拉方块便便?答案藏在肠子的软硬相间里,研究者还解剖了路边捡来的袋熊
配图:AI 生成的概念示意图,非论文原图、真实现场或实验数据。
TL;DR:袋熊的粪便呈立方体状,研究团队解剖袋熊肠道后发现,方块形状是在大肠末段才成形的,肠壁沿圆周方向软硬相间,是他们提出的主要解释。这项研究获得了 2019 年搞笑诺贝尔物理学奖。需要说明的是,这是对少数个体的解剖加上数学模型,并非所有科学家都认同,方形粪便的用处也还有争论。
这是 2019 年的旧事:当年 9 月 12 日,搞笑诺贝尔奖在哈佛大学桑德斯剧场颁出,物理学奖给了研究“袋熊为何拉出立方体便便”的团队,包括 Patricia Yang、David Hu 等七人。研究最早在 2018 年 11 月于美国物理学会流体力学分会年会上报告,完整论文《不均匀硬度的肠道塑造了袋熊粪便的棱角》后来发表在期刊 Soft Matter 上,时间已是 2021 年。
多数动物的粪便是圆柱形或球形,袋熊的却是一颗颗带棱角的小方块,这让人好奇它到底怎么做到的。团队拿到了两只在澳大利亚路上被撞死的袋熊的遗体,从中取出肠道,清理干净,再用细长的气球撑着肠子,观察内容物如何被推进。
他们发现,肠道上段的内容物是软而稀的,而在肠道最末约 8% 的位置,粪便才变成标志性的方块。原因在于大肠末段的肠壁各处弹性不同:沿着圆周一圈,是“硬—软—硬—软”交替的。粪便被挤压推进时,较硬的肠壁处形成平整的面,较软的地方则被撑出棱角。Yang 用橡皮筋打比方:就像一根两端略微绷紧、中段松垂的橡皮筋。团队还用二维数学模型模拟了肠道的收缩与舒张。
这件事的“正经”价值在于:方块几乎是独一份的形状,而工业上要把软材料做成立方体并不容易,通常靠模具切割或浇铸。肠道却能靠自身力学一边挤一边成形,所以研究者认为它可能给制造业带来启发。至于袋熊为什么要这样,研究者之一 Scott Carver 的说法是,方块不容易滚走,便于堆在石头、原木等地标上宣示领地。
当然质疑也有:有人认为方形只是粪便在肠道里脱水的结果。这也不是 Yang 和 Hu 第一次拿搞笑诺贝尔,他们 2015 年就因研究“大多数哺乳动物排尿都约需 21 秒”共同获得过物理学奖。
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