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圖片來源：YANG ET AL. 2021

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編譯丨周郅璨

編輯丨楊心舟

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袋熊（Phascolomidae）是袋熊科下三個不同物種的通稱，包括昆士蘭毛吻袋熊、南澳毛吻袋熊和塔斯馬尼亞袋熊。這是一類生活在澳大利亞的毛茸茸的有袋動物，它們的體重可達(dá)35千克，鼠臉熊身，圓滾滾的體型甚至比它們的近親——樹袋熊還要粗短。當(dāng)然，它們也跟樹袋熊一樣整天懶洋洋，只是不愛爬樹愛挖洞，喜好穴居生活。然而，正是這種看起來頗為可愛的小動物卻身懷絕技，它們獨(dú)一無二“俄羅斯方塊”一樣的便便，一直以來都在江湖上享有盛名。

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眾所周知，大多數(shù)的動物糞便都是長長的、軟軟的、圓柱形的，這是符合動物們腸道構(gòu)造和運(yùn)動的形狀。但是袋熊每天卻能拉出100多個方形的便便，它們甚至?xí)⑦@些便便整齊堆疊起來作為標(biāo)記，宣告這里是屬于自己的領(lǐng)地。這種奇特的糞便形狀到底是如何在柔軟的腸道中產(chǎn)生的，這是一個令科學(xué)家們百思不得其解的問題。

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圖片來源：YANG ET AL. 2021

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好在這一問題在2018年就得到了初步解答，在第71屆美國物理學(xué)年會的流體力學(xué)分會場上，佐治亞理工大學(xué)胡立德實(shí)驗(yàn)室的華裔科學(xué)家帕特里西亞·楊（Patricia J. Yang）發(fā)表了報告，還原了袋熊的“腸道工廠”制造方形便便的全過程。

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他們解剖了兩只不幸因車禍而喪生的塔斯馬尼亞袋熊，發(fā)現(xiàn)袋熊的腸道十分有彈性，而且其結(jié)構(gòu)并不均一，呈現(xiàn)四棱狀。具體來看，它們的腸道在橫截面中四角的區(qū)域彈性較小，只能夠發(fā)生20%的彈性形變，而中間部分則可以發(fā)生75%的形變。研究人員認(rèn)為，正是這種腸壁彈性的變化，讓它們的糞便在腸道末端脫水時，被“擠壓”成了一個個2cm大小的立方體。

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今年1月份，該研究小組進(jìn)一步解剖了兩只袋熊，通過測試它們內(nèi)臟的肌肉和組織層，他們發(fā)現(xiàn)了不同厚度和硬度的區(qū)域，并創(chuàng)建了一個二維數(shù)學(xué)模型來模擬這些區(qū)域是如何隨著腸道的消化節(jié)奏而擴(kuò)張和收縮的，這一研究成果刊登在《軟物質(zhì)》（Soft Matter）雜志上。

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佐治亞理工大學(xué)的生物力學(xué)研究員大衛(wèi)·胡（David Hu）說，袋熊腸道中較硬的部分“就像是一根偏硬的橡皮筋，它們會比相對較軟的區(qū)域收縮得更快”。在模擬中，研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，較軟的腸道區(qū)域會最終慢慢擠壓出立方體糞便的四角。

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同時，袋熊的腸道并不像其他哺乳動物，都是在同一方向上的波浪狀蠕動，它們的腸道不光有溝槽狀的組織，還會進(jìn)行多周期的不規(guī)則收縮，綜合作用就得到了堅固的立方體糞便。而研究的解剖學(xué)證據(jù)還發(fā)現(xiàn)，袋熊的方形便便都是在腸道最后的17%區(qū)域形成的。

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圖片來源：YANG ET AL. 2021

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除了袋熊本身腸道的獨(dú)特性以外，它們的食性和健康狀況等也會影響糞便的形狀。由于袋熊是食草動物，它們的糞便里含有大量的粗纖維，再加之它們常常棲息于干燥的地方，飲水量較少，這都會使得它們的糞便更加干燥，也更容易被腸道擠壓成方形。

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腸道吸收的水分越多，袋熊的糞便也就更方，而當(dāng)袋熊被研究人員圈養(yǎng)的時候，因?yàn)樗謹(jǐn)z入更充足，它們的糞便也就不像在野外時那樣方了。這些知識可以幫助人們更好地判斷袋熊的健康狀況，簡而言之就是：便便越方，袋熊越健康。

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研究人員進(jìn)一步還在思考，為什么袋熊會演化出如此具有特色的腸道，拉出如此別具一格的便便。胡推測，這可能是因?yàn)榇芫哂泻軓?qiáng)的領(lǐng)地意識，它們習(xí)慣于留下點(diǎn)什么來標(biāo)記屬于自己的領(lǐng)地。在野外難以找到合適材料的情況下，它們便就地取材，選擇了糞便作為標(biāo)志。而方形的糞便更適合堆疊，還不容易從高處滾落，久而久之，它們的方形便便就流傳了下來。

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至于這一冷知識有什么用，科學(xué)家認(rèn)為參考袋熊的“制造”方案，工程師們也可以針對某些材料，設(shè)計出類似的優(yōu)化制造方案，就像塑料的擠壓或注射成型。這也算是袋熊和工程師們的跨界合作了。

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參考來源：

https://www.sciencemag.org/news/2021/01/how-do-wombats-poop-cubes-scientists-get-bottom-mystery

http://meetings.aps.org/link/BAPS.2018.DFD.E19.1

Soft Matter, 2021, 17, 475


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