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袋熊便便為什麼呈方形?科學家解開了它的製造方法,實際用途不小

澳洲這個國家,光從地理位置上看就知道它跟其他大陸是隔絕的,也因此澳洲大陸有很多特殊的動物,如袋鼠、樹袋熊、袋獾等等,其中還有目前

已知、唯一一種會排出立方體便便的袋熊

。下面就跟大家聊聊袋熊為什麼會排出立方體的便便,雖然聽起來有點重口味、很low,但是這個研究屬於“

生物流體力學

”的範疇,估計這樣聽起來就舒服多了。

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其實關於袋熊“立方體便便”這個問題困擾了科學家很多年,為什麼地球那麼多動物,唯獨袋熊會把便便拉成立方體?難道是它的某個部位是方形的?袋熊

血氣方‘肛’

?各式各樣的說法都有。有人認為跟環境溼度相關,袋熊的生活環境比較乾燥,所以便便就有稜有角。而生物學家猜測是立方體的便便不容易滾走,方便袋熊標記自己的領土。不過他們都是猜的,進行研究的不多。

袋熊知多少!

袋熊(英語:Wombat,學名:Vombatidae),屬於袋熊科動物的統稱,現存3種,分別是塔斯馬尼亞袋熊、毛鼻袋熊以及澳洲毛鼻袋熊。它們主要生活在澳洲東南部和塔斯馬尼亞州的地下洞穴,以草、樹皮及樹根為主食,體長約1米,重約20-35公斤。

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從外形上看,圓滾滾的身材,短短的四肢,細小的眼睛與耳朵,卻有一個大大的頭與鼻子。加上一身棕灰色的皮毛,看起來笨重滑稽但又相當敏捷(速度最高可達40公里/小時)。

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據生物學家觀察,袋熊具有非常強的領域性,會攻擊入侵者。而它們標記自己地盤的方法之一,就是排放出方方正正的塊狀糞便,可謂是整個動物界是獨一“糞”的。實際上,袋熊的“生產力”也相當驚人。

它一次可以排出4到8顆方形便便,而且每顆尺寸在4釐米左右,僅一個晚上可製造出80到100顆

袋熊便便為什麼呈方形?科學家解開了它的製造方法,實際用途不小

袋熊:我說我製造的是宇宙魔方,有人信嗎?

袋熊便便,為何這麼方?

明明那個部位也是圓的,袋熊為何能造出接近正方體的“方便”呢?雖然科學家對袋熊“方便”都有關注,但一直沒人對此進行更深入的研究。

袋熊便便為什麼呈方形?科學家解開了它的製造方法,實際用途不小

來自美國佐治亞理工學院的博士後研究員楊佩良(Patricia Yang)於2015年獲得了搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prizes)的物理獎,主題是哺乳動物小便的時間,幾乎都是大約21秒(大象膀胱容量是貓的3600倍,但兩者排尿所花費時間相差無幾)。她在當年的美國物理學會流體力學會議上提出哺乳動物排便的數學模型,有一位科學家問她的理論是否也適用於袋熊。而楊博士從來沒有見過袋熊糞便,當她搜尋照片時,發現自己正在看一些她見過的最奇怪的便便,下意識就想知道袋熊便便如此方。於是她再次聯手一起獲獎的生物力學工程師胡立德(David Hu)。

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為了解開謎團, 他們在2018年找了一隻被車撞死的塔斯曼尼亞袋熊進行研究。透過電腦斷層掃描,袋熊那個部位也是圓的。然後團隊解剖了袋熊,發現袋熊的腸道非常長,長達9米。在切開袋熊的腸道,他們看到了便便完整的形成過程。結果袋熊的前半段便便的形狀跟人類和其他動物的沒什麼區別,但是到最後便便才漸漸變方形。

這是怎麼做到的呢?研究得出兩大原因:

首先是乾燥條件,袋熊便便的水分含量只有人類的三分之二,其餘水分都被腸道吸收掉

。其次是

腸壁的厚度

,雖然袋熊的腸壁是圓柱形的,但是在不同區域的厚度是不一樣的,而且厚度的差異可以達到50%。腸壁的厚薄不一,在擠壓拉伸的過程中,便便受力方向和力度不同,最後就造成便便被腸壁捏成了方形的形狀了。

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然後,他們製造了一個2D數學模型,模擬各腸道區域如何隨消化節奏而擴張和收縮。發現腸道多個部分會一直收縮數天,將食物當中營養物質和水逼出並擠壓成便便。而且腸道中較硬的部分收縮快過較軟位置,後者會緩慢擠壓並塑造方形便便的角。

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而在其他哺乳類動物中,腸道肌肉的波浪狀蠕動在所有方向上都是一致的,但在袋熊中,有槽溝的腸道組織和腸道因軟硬區域多次不規則收縮週期,就會令便便接近立方體。團隊表示:“在五天的時間內,

每兩秒鐘發生一次收縮,便便實際上經歷了100000次收縮。

袋熊便便為什麼呈方形?科學家解開了它的製造方法,實際用途不小

不過,這仍然解釋不到袋熊為何演化出這種獨特腸道,並製造出“方便”。對此團隊猜測,袋熊視力不好,所以它們需要用自己糞便的氣味進行標記和交流。因此它們喜歡在岩石、原木或其他高處排洩,以使它們的資訊更顯眼,畢竟方形比圓形更易堆砌、不易滾走。而團隊也因此研究再次獲得了2019年獲搞笑諾貝爾物理學獎。

最後,搞笑諾貝爾獎真的很高效,但對於研究,他們是認真的。