孙学军
《科学》袋熊为什么能拉立方体大便? 精选
2021-1-28 11:58
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袋熊是一种仅分布于澳大利亚的有袋动物,因为身材矮胖又短腿,很少有人知道它也是有袋动物。世上有三种袋熊:塔斯马尼亚袋熊、北毛鼻袋熊以及南毛鼻袋熊。虽然野外有数以千计的塔斯马尼亚袋熊和南毛鼻袋熊,但北毛鼻袋熊却是极度濒危动物。

众所周知,袋熊的粪便是哺乳动物中最干的,因为它们的消化过程很长,需要1418天。这个漫长的过程允许袋熊从食物中尽可能多地吸收营养成分。不过让人疑惑的是,袋熊粪便是方形的,到底是如何形成的?

人类喜欢立方体,但目前发现只有裸鼻袋熊一种动物会拉立方体屎。这种毛茸茸的澳大利亚有袋动物每天会挤出近100立方体便便这种能力一直令科学家们感到困惑。现在,研究人员表示,他们已经发现袋熊的肠道是如何产生这种异常的粪便的。

“这项研究真的很棒,”康奈尔大学研究动物运动力学的生物物理学家郑成万(Sunghwan Jung)说,他没有参与这项研究。他说,这表明这些动物的内脏“非常特别”。

裸鼻袋熊体重可达35公斤,生活在澳大利亚的草原和桉树林中,晚上吃草,白天在地下隧道里。裸鼻袋熊是一种有领地意识的动物,留下不寻常的粪便作为个人名片。但是,这样尖锐的粪便是如何从一个圆形的肛门中产生的呢?为了揭开谜底,科学家们解剖了一只被汽车撞死的袋熊。检查肠道发现它们包含两个凹槽,其中的肠道更有弹性,这是该团队在2018年首次报告的。

新研究中,研究人员进一步解剖了两只袋熊,并测试了肠道的肌肉和组织层,发现了厚度和硬度不同的区域。然后他们创建了一个二维数学模型来模拟这些区域是如何随着消化的节奏扩张和收缩的。研究小组今天在《软物质》杂志上报道说,肠道部分会在几天内收缩,当肠道从粪便中抽出营养物质和水时,就会挤压粪便。

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较硬的部分“就像一根坚硬的橡皮筋他们比柔软的部分收缩得更快,”胡大卫说,他是乔治亚理工学院的生物力学研究员,也是这项研究的作者。研究小组发现,较软的肠道区域缓慢挤压,塑造立方体的最后角落。其他哺乳动物中,肠道肌肉的波状蠕动在各个方向上都是一致的。但在袋熊体内,沟槽状组织和多次不规则的收缩形成了牢固的、平面的立方体。

这就留下了一个谜:为什么袋熊最初会进化出立方便便。胡大卫推测,因为这些动物爬上岩石和木头来标记自己的领地,扁平粪便不太可能从这些高栖处滚下来。于是哪些拉球形普通粪便的组先就被淘汰,留下这种能拉立方体的成功者。

搞这种研究有神马用处,胡承认“不会取代我们生产塑料的方式”。但他说这具有仿生学意义,袋熊大便策略可帮助人类工程师设计出更好的塑造有价值或敏感材料的技术。胡大卫也认为这一知识可帮助研究人员饲养和管理袋熊。他说:“有时它们的粪便不如野生的那么立方体。”便便越方,袋熊就越健康。

doi:10.1126/science.abg7915

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