（图片来源：Flickr）
文章来源 ｜把科学带回家（id：steamforkids）
撰文 | 阿娴
有“屎”以来，人们对粪便的探索就从未停止过，从形状、颜色、湿度到气味再到菌群，这些性质无一不包含着大量信息，反映着生命体的日常生活习惯和健康状态。便便的七种形态｜Health partner.com
比如，2021年顶级学术期刊Nature杂志上的一篇来自哈佛医学院等机构的文章Reconstruction of ancient microbial genomes from the human gut，就揭示了8份距今1000到2000年左右，789份工业化时代和非工业化时代、保存完好的人类粪便的秘密。研究发现，古代及现代非工业化时代的样本中，含有大量与淀粉代谢有关的基因，这说明那个时期的人们会摄入更多的复杂碳水化合物；古代样本的微生物群落中，与抗生素耐药性相关的基因较少，炎症也很少。但我们今天的主题不是人类的粪便，而是一个能拉出奇特方形便便的动物——袋熊（Phascolomidae）。
袋熊经常用爪子挖洞创造居住条件，为了避免挖洞时泥土飞扬，让育幼袋里的袋熊宝宝被动吃土，育幼袋“贴心”地将开口朝向了后方。不过这也让袋熊妈妈更容易把便便拉到袋熊宝宝头上（？｜University of Tasmania
袋熊是一种外表看上去胖乎乎、圆滚滚、腿又短的有袋类动物，看起来笨重滑稽但又相当敏捷（奔跑速度最高可达40公里/小时，赛过人类最强的博尔特），主要生活在澳大利亚东部、南部及塔斯马尼亚岛。袋熊通常以低营养食物为主，比如牧草、树皮和灌木。作为补偿，它们有6~9米长的长肠道，食物需要花2~4天才能走完一个流程。如此之久的消化时间，让袋熊常年保持着一个较低的代谢率，使得它可以进行耗能极大的挖洞工作以及在干旱条件下生存。据生物学家观察，这种毛茸茸的澳大利亚有袋动物每天会挤出近100个方方正正的块状粪便，每颗尺寸在4厘米左右，这在整个动物界都是独一“粪”的。不禁让人心生疑惑，袋熊的肠道是如何产生这种粪便的？难道它们长着方形的肠道？块状粪便在排泄的时候不会卡住吗？
一位来自美国乔治亚理工学院的机械工程博士后杨佩良对这一现象非常感兴趣，从2018年开始对袋熊肠样本进行组织学和拉伸实验，并根据观察到的结果进行2D建模，最终在2021年发表了相关研究的论文。杨佩良曾说：“一开始，我的推测是袋熊拥有一个方形的肛门，或者是肚子里有一个可以形成立方体的器官，但这些假设很快就被推翻了。”（图源University of Tasmania）一般而言，从消化系统中排出的大便形状，会根据肠道蠕动时“捏出”的状况而定。研究人员将气球放进袋熊和猪的肠道中的不同部位充气后，对弹性做比较后发现，猪的肠道整体充满弹性，而袋熊不同区域肠道的厚度和硬度都有所不同。当消化残渣通过肠道时，那些较硬的区域可能有助于塑造便便的棱角。并且，大多数哺乳动物的肠道肌肉都是向各个方向有节奏地收缩，而袋熊厚度不均的肠道使得其肌肉组织的收缩变得不规则。解剖3米长的袋熊肠道显示，便便从胃附近的黄色浆液逐渐转变为肛门附近的干燥棕色立方体｜参考资料[5]
袋熊的粪便在最后25%的肠道中从液态变为固态，在最后8%的肠道中，逐渐形成具有明显边缘的2厘米立方体。另一个次要原因是，袋熊漫长的消化过程让它们可以从食物中提取所有可能的营养成分和水分，且消化残渣中常含有大量的植物纤维，便便通常比较干硬，越干便便的棱角就越明显。袋熊幼崽：偷偷告诉你们哦，其实是我在妈妈育儿袋里捏的！｜WindGrove
那么，袋熊为什么要让肠道“捏出”这种形状的便便呢？研究人员推测袋熊会捡拾自己的便便堆起来，以这种方式来和同类交流，而立方体形状有助于它们将便便堆成“高塔”，“便便塔”越高越突出，就越能够吸引到其它的袋熊来嗅闻、来进行交流。该研究还获得了2019年的搞笑诺贝尔物理学奖｜Flickr
另一种推测是，袋熊会爬上岩石和木头等高处来标记自己的领地（虽然它们经常会受到腿短的限制……），而立方体便便不易从高处滚落。于是那些拉球形便的祖先就被淘汰，留下了这种能拉立方体便便的佼佼者。除了袋熊独有的立方便便，球形便便也是自然界中少有的，你有想过为什么一些食草性动物（例如羊、马、兔子等）的便便是一粒一粒的吗？（图源Gifer）
这和立方便便的形成原因有些相似，首先，它们会将吃到的食物和水进行反复消化，提高营养成分的利用率，尤其是像羊这样的反刍动物。其次，它们吃的食物主要是粗饲料和干草，这些高纤维的食物在肠道中难以消化完全，在便便中留存了不少，使其更容易形成形状。最重要的一点是，食草动物肠壁的收缩能力非常强且施力均匀，它们肠道还拥有一种特殊的“分节运动”功能，会将食物分成一小块一小块的。与此同时，肠内分泌物给便粒增加了光滑的外皮，再经过肠道的搓压，这些小块逐渐变得圆润（类似手搓泥丸的过程？），形成了球形便便。尽管关于便便的研究看起来毫无意义，或者只是为了满足人类的好奇心，但是研究人员却认为，在大自然都偏爱圆形球体的情况下，袋熊这个在生物界中并不常见且制造平面和棱角都更费力的立方体便便，可能对人类的制造技术产生重大影响。毕竟，人类制作方形物品只能靠塑形、裁切两种方法，而看上去呆呆的袋熊却创造出了第三种方法呢！
[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-cubes[4]http://windgrove.com/blog/owls-and-wombats/[5]Yang PJ, Lee AB, Chan M, Kowalski M, Qiu K, WaidC, Hu DL. (2021). Intestines of non-uniform stiffness mold the corners of wombat feces.Soft Matter,17(3), 475-488.本文经授权转载自公众号“把科学带回家”（ID:steamforkids）
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