Вомбат строит забор из кал кубиками
Физики смоделировали образование кубического помета вомбатов
Биологи и инженеры изучили ткани кишечника вомбата и промоделировали воздействие стенок толстой кишки на каловые массы, после чего пришли к выводу, что за квадратное сечение кала вомбатов ответственна неоднородность кишечника по толщине и жесткости в зависимости от азимутального угла. Уже через несколько циклов сжатия квадратность сечения достигла значений реальных фекалий, а закрепить прямоугольную форму позволяет высушивание кала. Статья опубликована в журнале Soft Matter.
Вомбаты — сумчатые млекопитающие, обитающие в Австралии и на острове Тасмания. Взрослая особь вомбата весит 20-35 килограмм, при этом длина их кишечника сравнима с человеческим: 6-9 метров. Кал вомбатов имеет форму кубиков — этот факт известен еще с середины двадцатого века. С того времени биологи придумывали такой необычной форме разные объяснения: например, фекальные массы могли сжиматься между костями таза или благодаря квадратной форме сфинктера, а также параллельным блокам продольных гладких мышц в слепой кишке. Однако гипотезы были лишь предположениями, а не полноценными исследованиями. Вомбаты используют квадратную форму кала для метки границ своей территории — помет не скатывается с камней, бревен и других возвышенностей.
Вопрос — как помет вомбатов получается квадратной формы — не дает покоя ученым, так как это может быть принципиально новый способ получения прямоугольных структур, отличный от экструзии, формования или нарезки. К тому же, форма помета может говорить о качестве питания и состоянии желудочно-кишечного тракта.
Два года назад мы писали о докладе на конференции, посвященному квадратной форме помета, а теперь Патрисия Янг (Patricia J. Yang) и Александр Ли (Alexander B. Lee) с коллегами из института технологии Джорджии и Тасманийского университета изучили кишечники трех короткошерстных вомбатов (Vombatus ursinus), пострадавших во время автомобильной аварии. Ученые вскрыли один из кишечников и обнаружили, что формирование прямоугольных фекалий происходит в последних двух метрах кишечника.
Кишечник одного из вомбатов: кубические фекалии образуются только в толстой кишке
Почему вомбаты какают кубиками?
Для начала давайте разберёмся кто же такие эти вомбаты. Вомбаты — роющие норы травоядные животные, внешне напоминающие маленьких медведей или очень крупных хомяков, обитают преимущественно в Австралии. Длина тела вомбата — от 70 до 130 см, вес — от 20 до 45 кг. Немаленький такой хомячок в пол центнера, не так ли? И помимо своего очень милого вида, эти животные известны ещё и тем, что они какают исключительно фекалиями в форме кубиков.
Кубики справа - это не камушки. Кубики справа - это не камушки.Британские учёные (куда ж без них), провели масштабные исследования, в результате которых обнародовали результаты , заявив, что "лепить" кубики из кала вомбатам удается благодаря эластичности кишечника.
Ученые сравнили кишечник вомбата с кишечником свиней, вставив воздушный шар в желудочно-кишечный тракт животных, чтобы увидеть, как он растягивается, чтобы вместить шар.
В организме вомбатов фекалии переходят из жидкого состояния в твердое в последней четверти кишечника, но затем на самой последней стадии, в финальных 8% длины кишечника, благодаря разной степени эластичности стенок экскременты принимают форму отдельных кубиков.
Таким образом, объясняют ученые, вомбаты производят кубики с гранями размером примерно в 2 см, и они единственные в природе, обладающие такой способностью.
Но это еще не все. Затем эти сумчатые делают постройки из своих кубиков - чем выше, тем лучше, чтобы общаться с другими вомбатами и привлекать их внимание.
Вомбат: 10 интересных особенностей из жизни крупного обитателя нор
В честь сумчатого зверька названа рок-группа, целый народ и астероид. Что же он мог такого сделать, спросите вы? Ответом послужит одна фраза — вомбат уникален во многом. Миролюбивый нрав, интересная физиология и высокий интеллект. Да что гадать, перейдём к фактам!
10. Кубики не на прессе
Организм вомбата дважды перерабатывает пищу, поэтому влаги в ней не остаётся. Вдобавок мышцы кишечника сжимаются особым образом, вот на выходе и получаются кубики. Да-да, экскременты вомбата — квадратные!Изучив «сюрпризы» соседа, вомбат может узнать о нём многое. Но основная цель — создание меток для разграничения территории. Квадратные конструкции остаются на месте долгое время.
Жук-навозник, можешь не стараться! Жук-навозник, можешь не стараться!9. Сумчатый экскаватор
К постройке логова вомбат относится крайне щепетильно. Это — многоуровневые многоходовки с несколькими выходами в целях безопасности. Но роет вомбат интересно: он не задействует две когтистые лапы, а делает это поочерёдно: немного одной, немного другой. Как только в норе образовалась насыпь, вомбат становится к ней задом и двигается к выходу — утилизирует промышленные отходы.
Фекалии-кубики: ученые раскрыли загадку экскрементов австралийского вомбата
Это австралийское сумчатое млекопитающее может производить до 100 отложений кала за ночь, этими кучками они метят свою территорию. Кубическая форма помогает предотвратить скатывание по склонам.
Несмотря на то, что у них такие же круглые анальные отверстия, как у других млекопитающих, вомбаты не производят круглые гранулы, трубчатые катышки или беспорядочные кучки.
Ученые обнародовали результаты исследования, заявив, что "лепить" кубики из кала вомбатам удается благодаря эластичности кишечника.
"Первое, что побудило меня изучить этот феномен, - это то, что я никогда не видела ничего настолько странного в биологии. Это крайне необычно", - сказала Патрисия Янг, сотрудница Технологического института Джорджии.
Изучив пищеварительные тракты вомбатов, которых пришлось усыпить после дорожных происшествий в Тасмании, команда, возглавляемая Патрисией Янг, представила результаты исследования на ежегодной встрече Американского физического общества Fluid Dynamics в Атланте.
"Когда мы произвели вскрытие и увидели их кишечники, мы пришли в полнейший восторг", - сказал соавтор отчета Дэвид Ху.
Автор фото, National Poo Museum
Подпись к фото,Экскременты вомбата уникальны благодаря своей форме
Ученые сравнили кишечник вомбата с кишечником свиней, вставив воздушный шар в желудочно-кишечный тракт животных, чтобы увидеть, как он растягивается, чтобы вместить шар.
В организме вомбатов фекалии переходят из жидкого состояния в твердое в последней четверти кишечника, но затем на самой последней стадии, в финальных 8% длины кишечника, благодаря разной степени эластичности стенок экскременты принимают форму отдельных кубиков.
Таким образом, объясняют ученые, вомбаты производят кубики с гранями размером примерно в 2 см, и они единственные в природе, обладающие такой способностью.
Но это еще не все. Затем эти сумчатые делают постройки из своих кубиков - чем выше, тем лучше, чтобы общаться с другими вомбатами и привлекать их внимание.
"До недавнего времени существовали только две технологии изготовления кубиков: мы заливали исходный материал в кубические формы или вырезали. А теперь у нас есть вот этот третий способ", - сказала Патрисия Янг.
"Было бы здорово применить этот метод в производственном процессе, - предположила она. - Вместо обычного формования можно было бы производить кубики из мягких материалов".
Фекалии-кубики: ученые раскрыли загадку экскрементов австралийского вомбата
Это австралийское сумчатое млекопитающее может производить до 100 отложений кала за ночь, этими кучками они метят свою территорию. Кубическая форма помогает предотвратить скатывание по склонам.
Несмотря на то, что у них такие же круглые анальные отверстия, как у других млекопитающих, вомбаты не производят круглые гранулы, трубчатые катышки или беспорядочные кучки.
Ученые обнародовали результаты исследования, заявив, что "лепить" кубики из кала вомбатам удается благодаря эластичности кишечника.
"Первое, что побудило меня изучить этот феномен, - это то, что я никогда не видела ничего настолько странного в биологии. Это крайне необычно", - сказала Патрисия Янг, сотрудница Технологического института Джорджии.
Изучив пищеварительные тракты вомбатов, которых пришлось усыпить после дорожных происшествий в Тасмании, команда, возглавляемая Патрисией Янг, представила результаты исследования на ежегодной встрече Американского физического общества Fluid Dynamics в Атланте.
"Когда мы произвели вскрытие и увидели их кишечники, мы пришли в полнейший восторг", - сказал соавтор отчета Дэвид Ху.
Автор фото, National Poo Museum
Подпись к фото,Экскременты вомбата уникальны благодаря своей форме
Ученые сравнили кишечник вомбата с кишечником свиней, вставив воздушный шар в желудочно-кишечный тракт животных, чтобы увидеть, как он растягивается, чтобы вместить шар.
В организме вомбатов фекалии переходят из жидкого состояния в твердое в последней четверти кишечника, но затем на самой последней стадии, в финальных 8% длины кишечника, благодаря разной степени эластичности стенок экскременты принимают форму отдельных кубиков.
Таким образом, объясняют ученые, вомбаты производят кубики с гранями размером примерно в 2 см, и они единственные в природе, обладающие такой способностью.
Но это еще не все. Затем эти сумчатые делают постройки из своих кубиков - чем выше, тем лучше, чтобы общаться с другими вомбатами и привлекать их внимание.
"До недавнего времени существовали только две технологии изготовления кубиков: мы заливали исходный материал в кубические формы или вырезали. А теперь у нас есть вот этот третий способ", - сказала Патрисия Янг.
"Было бы здорово применить этот метод в производственном процессе, - предположила она. - Вместо обычного формования можно было бы производить кубики из мягких материалов".
Кирпичный завод в животе: раскрыта тайна "кубического" кала вомбатов
Ответ на вопрос, почему вомбаты испражняются кубиками, давно волнует учёных. В 2019 году исследовательская работа в этой необычной области знаний даже получила Шнобелевскую премию.
В серии исследований, проведённых на базе Технологического института Джорджии, учёные подробно изучили строение пищеварительного тракта этого удивительного животного. На этот раз биофизики создали компьютерную модель, которая позволила изучить формирования помёта вомбата, и оказалось, что этот процесс не просто интересен, но и уникален для животного мира.
Короткошёрстный вомбат (Vombatus ursinus) – травоядное сумчатое млекопитающее, которое обитает в Австралии и Тасмании. Это животное помечает границы своих владений, оставляя свои экскременты на видных местах: крупных камнях или поваленных деревьях. Необычная форма позволяет кучкам фекалий быть устойчивее, а значит, дольше служить "пограничным столбом".
Учёные, работающие под руководством специалиста по биомеханике Дэвида Ху (David Hu), выяснили, что мышцы кишечника вомбата имеют разную плотность и участки с большей эластичностью. Процесс пищеварения занимает у животного несколько дней, позволяя вомбату получить все необходимые питательные вещества из съеденной пищи, а мышцам его кишечника сформировать из того, что осталось, кубик.
Вскрытие показало, что придание кубической формы происходит в последних 17% длины кишечника. Также учёные выяснили, что отдельные части кишечника имеют разную толщину и жёсткость стенок.
Также сокращение кишечных мышц вомбата происходит нерегулярно и в разных направлениях, что, вероятно, заставляет каловые массы проходить один и тот же участок кишечника по несколько раз. Всё это вместе и приводит к получению плоских граней и прямых углов.
Исследователи считают, что это открытие может быть полезно для инженеров. Ведь сегодня для производства кубов используются только два метода: заливка в соответствующие формы и нарезание.
К тому же это может помочь улучшить жизнь вомбатов в неволе. Экскременты таких животных не столь качественные, и служители зоопарков теперь будут знать, почему.
Физики объяснили кубическую форму фекалий вомбатов
Американские учёные нашли объяснение феномену, который долгое время не давал покоя многим биологам. Речь идёт об одной уникальной способности вомбатов, сумчатых травоядных млекопитающих, обитающих в Австралии.
Исследователям давно известно, что вомбаты – единственные животные в мире, фекалии которых имеют кубическую форму.
По данным специалистов, обмен веществ у вомбатов весьма медленный и эффективный. Чтобы переварить еду, им необходимо до 14 дней. За один акт испражнения эти млекопитающие производят от четырёх до восьми "единиц навоза" диаметром порядка двух сантиметров.
При этом за один вечер вомбаты могут произвести от 80 до 100 таких кубиков, которые затем собирают и размещают в "стратегически важных" местах – неподалёку от нор, на брёвнах или камнях. Таким образом они, во-первых, обозначают границы своих владений, а во-вторых, привлекают партнёров.
Поскольку эти зверьки обитают в норах под землёй и ведут ночной образ жизни, они обладают не лучшим зрением. Потенциального жениха или невесту им разглядеть сложно, зато пахучие и визуально заметные конструкции служат хорошим ориентиром.
Но если бы фекалии этих животных имели "каноничную" форму, то выстроить из помёта относительно крупную конструкцию было бы невозможно.
После таких рассуждений большинство эволюционных биологов приходит к выводу, что способность вомбатов производить фекалии кубической формы – это своего рода адаптация, а не биологический "побочный эффект". Правда, объяснить специфический навык им не удавалось, пока к работе не подключились физики.
Команда под руководством Патрисии Ян (Patricia Yang) из Технологического института Джорджии решила изучить гидродинамику жидкостей, в том числе крови, переваренной пищи и мочи, непосредственно в телах животных. Учёные хотели узнать, какие отличительные особенности пищеварительных процессов и структур мягких тканей вомбатов могут объяснить странную форму их фекалий.
Специалисты исследовали пищеварительные тракты животных, погибших в результате ДТП. Образцы для работы им "поставляли" австралийские коллеги.
Команда обнаружила, что на завершающем этапе пищеварения кал вомбатов видоизменяется: из жидковатой субстанции он переходит в более твёрдое состояние, после чего происходит разделение на небольшие кубики. А за формирование последних отвечают стенки кишечника.
Исследователи уточняют, что формирование фекальных кубиков происходит на небольшом отрезке кишечника – он составляет около 8% от всей его длины.
Кубики формируют сами стенки кишечника благодаря изменению давления. В ходе работы кишечник вомбатов то сокращается, то раздувается как длинный воздушный шар. В результате степень упругой деформации колеблется от 20% на углах куба до 75% на его рёбрах.
Возможно, скептикам такое открытие может показаться бесполезным (и даже претендующим на Шнобелевскую премию), однако на самом деле оно открывает перед инженерами большие перспективы.
Авторы работы подчёркивают, что в мире дикой природы кубические структуры встречаются редко. Такую форму материал, будь то спрессованные гранулы сахара или строительный полимер, получает при особой обработке. Этот метод называется экструзия, в двух словах его можно охарактеризовать как литьё под давлением через формующее отверстие.
"В настоящее время у нас есть только два метода для производства кубов: мы их либо формируем, либо вырезаем. Теперь у нас есть третий способ", — отмечает Патрисия Ян.
По мнению её команды, новые данные можно будет использовать в машиностроении, для усовершенствования производственных процессов.
Кроме того, информация может пригодиться медикам и исследователям, которые изучают различные свойства ЖКТ и методы лечения соответствующих заболеваний, а также "транспортные" возможности мягких тканей.
Подробный отчёт о своей работе авторы представили на 71-й встрече Американского физического общества.
Между тем изучение древних человеческих экскрементов помогло подтвердить диагнозы Гиппократа, а окаменелые фекалии травоядных динозавров показали, что те не всегда придерживались вегетарианской диеты.
Ученые окончательно разобрались, почему у вомбатов квадратные фекалии
Ученые из Австралии и США окончательно разобрались в механизме формирования квадратных фекалий у вомбатов и даже воссоздали этот процесс с помощью математических моделей.
Исследования на эту тему велись с 2018 года. Ученые предположили, что все дело в квадратной форме ануса, но он оказался круглым. Была версия, что вомбаты придают своему калу форму после дефекации, но она также не подтвердилась.
Со временем загадку удалось разгадать — весь секрет был в эластичности кишечника животных. За это открытие исследователи удостоились Шнобелевской премии по физике в 2019 году.
Их новая работа опубликована в журнале Soft Matter, пишет ПМ. Она ставит точку в вопросе появление кубиков кала. В ней приведены доказательства того, что плоские грани и острые углы формируются благодаря чередованию жестких и мягких областей в последних 17% десятиметрового кишечника вомбата.
«Повышенный коэффициент жесткости и более высокое число Рейнольдса приводят к появлению более квадратных форм. Углы возникают из-за более быстрого сжатия в жестких областях и относительно более медленного движения в центре мягких областей», — говорится в исследовании.
Ученые считают, что понимание этого процесса может привести к появлению новой технологии изготовления кубиков. Обычно исходный материал заливается в нужную форму или вырезается постфактум. Теперь человечество знает третий способ. Так, например, можно будет делать квадратные сосиски.
Вомбаты — единственные известные животные, фекалии которых имеют кубическую форму. За ночь одна особь может сделать до 100 отложений кала. Этими кучками вомбаты метят свою территорию. Из-за квадратной формы фекалии не скатываются по склонам, это удобно.
Также вомбаты размещают кал на видных местах, чтобы общаться друг с другом. Постройка из фекалий — отличный способ заявить о себе.
Физики объяснили кубичность помета вомбатов
Вомбаты — сумчатые млекопитающие, которые обитают на юго-востоке Австралии и на острове Тасмания. Они обитают в местах, где есть подходящая для рытья нор почва. Вомбаты активны ночью, а днем прячутся в норах. Питаются эти животные в основном травой, корнями и корой растений. Одна из особенностей вомбатов — помет в форме кубиков. Это территориальные животные и какая на видных местах (на верхушках больших камней или поваленных деревьев), они метят свою территорию и сообщают о своем присутствии потенциальным партнерам. У вомбатов плохое зрение и хороший нюх, поэтому такой способ, вероятно, неплохо работает. Предположительно, форма позволяет кучкам помета не рассыпаться и дольше оставаться на месте, выполняя функцию меток и приграничных столбов.
По-видимому, кубики у вомбатов получаются во-первых, потому, что у них очень медленный обмен веществ и чтобы переварить пищу им нужно от восьми до 18 дней. У этих животных длинный пищеварительный тракт, в котором происходит всасывание б?льшей части воды и питательных веществ. Остается практически сухое вещество. Возможно, помогает упаковывать помет в кубики и строение кишечника. В начале толстой кишки вомбатов есть горизонтальные складки, которые, по-видимому, помогают создать кубики, а ее конец относительно гладкий, что позволяет сохранить необычную форму помета. Однако научных исследований на эту тему не проводилось, однажды эксперимент по получению подобных кубиков проводила ведущая телеканала Animal Planet.
Физики из Технологического института Джорджии под руководством Дэвида Ху (David Hu) решили прояснить этот вопрос. Они изучили строение и содержимое кишечника двух вомбатов, которых пришлось усыпить после того, как их сбили машины.
Оказалось, что помет переходит в твердую форму и превращается в кубики длиной около двух сантиметров, в конце тонкой кишки, в ее последних восьми процентах. Чтобы понять, как из помета образуются кубики, ученые заполнили тонкую кишку воздушным шаром, надутым воздухом, и изучили ее деформацию. Выяснилось, что она растягивается преимущественно на гранях кубиков, облегчая их формирование. Деформация тонкой кишки колеблется от 20 процентов на углах кубиков до 75 процентов на гранях.
Исследователи надеются, что полученные ими результаты помогут понять, как происходит транспорт мягких тканей, и как происходит движение в кишечнике в целом. «Мы можем научиться у вомбатов и, может быть, применить новый метод в производственных процессах», — говорит одна из авторов проекта Патрисия Янг (Patricia Yang). «Мы можем понять, как очень эффективно перемещать этот материал».
У вомбатов помимо помета необычной формы есть и другие особенности. Например, они самые умные из сумчатых животных и у них «пуленепробиваемый» зад, который они подставляют хищникам в качестве щита. Подробнее о вомбатах можно узнать из видео «Все как у зверей».
Читайте также: