袋熊拉方形便便的世界難題，被一群「不務正業」的科學家解開了

澳大利亞是地球上最神奇的大陸，生活著很多獨一無二的動物，如勇猛的袋鼠、呆萌的考拉，不過最神奇的一種動物叫著袋熊，因為它是目前已知的地球上唯一一種拉方形便便的動物。

什麼是袋熊？是袋鼠和熊的後代嗎？

袋熊（Wombat）是澳大利亞特有的一種有袋類哺乳動物，它並不是袋鼠和熊的後代，相反，袋熊和袋鼠和熊都沒有關係。袋熊之所以起名叫著袋熊是因為它也有育兒袋，並且外形看起來像熊。

成年的袋熊體長能夠達到1米，體重在20-35公斤左右，壽命是15歲左右。從這個數據來看，只能算是迷你版的熊。不過不要被它可愛的外表欺騙了，袋熊雖然是食草性動物，但是具有很強的領地意識和攻擊性，它可以用它有力的小短腿或者堅硬的牙齒攻擊人類，所以在野外遇到袋熊時千萬不要上去擼。動物園裡人工餵養的袋熊性情可能會稍微溫順一點，不過依然要小心，否則很有可能像下面圖中這位大哥一樣受到猛烈地攻擊。

袋熊還有一個與眾不同的地方是袋熊的育兒袋開口是朝屁股的方向，這與一般的有袋動物如袋鼠之類的，育兒袋開口朝頭的方向是不一樣的，大自然這樣設計的目的是為了防止袋熊在挖洞的時候把泥沙裝到育兒袋裡。

袋熊目前數量已經不多了，在澳大利亞大部分州都屬於保護動物，主要生活在澳大利亞昆士蘭、南威爾斯等地的自然保護區中。

為什麼袋熊要拉方形的便便？

常見的動物便便有為三種形狀：一種是像羊屎蛋子那樣的圓形顆粒，一種是像牛糞那樣不成型的大便，還有一種就是像狗屎那樣長條形的大便。但是袋熊不走尋常路，拉的便便是方形的。

來源：David L. Hu

自然界是最注重效率的，前面三種便便都是高效的，所以世界上絕大部分動物拉的便便都是屬於前面三種。要拉出方形的便便，不僅需要高超的技術，也需要額外消耗能量。那麼，問題來了，為什麼袋熊要花額外能量拉出方形的便便呢？

來源：國家地理

南澳大利亞袋熊協會會長Peter Clements總結現有的解釋指出，袋熊拉方形便便的原因主要有以下兩點：

1. 當地乾燥氣候，袋熊必須要充分利用食物中的每一滴水，所以它們會充分吸收食物中的水分，然後以方形糞便的形式排除殘餘。
2. 袋熊拉方形便便的主要原因是其擁有與眾不同的消化道，所以他們會拉方形的便便。

來源：Bjørn Christian Tørrissen, http://bjornfree.com/galleries.html

仔細分析就會發現，上面這兩種解釋都站不住腳，因為第一個原因解釋不了為什麼同樣環境下的其它動物不拉方形的便便，第二個原因則是轉移問題，把為什麼袋熊會拉方形便便的問題換成了為什麼袋熊會有與眾不同的消化道的問題，並沒有提供實質的解釋。

目前比較合理的解釋是袋熊會用便便來標記其領地和吸引異性。由於袋熊的視力比較差，主要靠便便的氣味來發揮作用，因此袋熊會儘量把它的便便拉到石頭、木頭、小土坡等比較高的地方，這些地方那些圓形的便便就很容易滾到低處。

按照達爾文的進化理論，可以猜測以前袋熊跟其他動物一樣，也是拉圓形的便便，用來標記領地，結果突然有一隻基因突變的袋熊會拉方形的便便，它無疑會在標記領地方面佔據得天獨厚的優勢，因此它的基因便有更大的機率傳遞給後代，日積月累，到現在所有的袋熊都拉方形的便便。

上面只是解釋了袋熊為什麼會拉方形的便便，雖然有各種不同的解釋，但是這些解釋是早就存在的。另外一個難題就是袋熊是怎麼拉出方形便便的？這個問題直到最近，才有來自喬治亞理工的幾位科學家揭開答案。

袋熊是怎麼拉出方形便便的？

自然界幾乎不存在天然方形的東西，如動物、植物、石頭、山川等等，大多數方形的東西都是人造的，比如磚頭、柱子等等。人們製造方形物體的方式主要有兩種：一種是利用軟的東西倒入方形模具使其硬化，如磚頭、方形水泥柱等就是這樣做出來的；另一種把硬的東西刻成方形的，如把圓形的木頭弄成木方就是採取這樣的方式。

原鑽

因此，袋熊怎麼拉出方形的便便就是一個難解之謎？因為它並沒有模具，也不是把便便拉出來之後再將便便切成方形的。這個問題困擾了人們相當長的一段時間，直到2018年，來美國、澳大利亞、紐西蘭、臺灣等地區的科學家在喬治亞理工David L. Hu教授的帶領下，終於對這個世界難題有了初步的答案。

他們通過對比研究豬和袋熊的大腸的伸張特性，發現袋熊的大腸的伸張特性與豬的伸張特性有明顯的不同。

對於豬的大腸來說，朝各種方向伸張的特性各向同性的，也就是說大腸的各個方向給食物殘渣施加的壓力在各個方向是相同的。就像圓形的氣球一樣，一旦你給氣球充氣，這些氣球會朝各個方向均勻地膨脹。所以豬拉出來的便便是長條形的。

而對於袋熊的大腸來說，就有一點不一樣的地方，尤其是在接近肛門處的0.5米左右長度的大腸，科學家們發現袋熊的這一小段大腸的伸張特性並不是各向同性的，而是有兩個溝壑狀的凹槽，在這個凹槽中腸壁的伸張力與其他地方完全不一樣。就像心形氣球一樣，由於氣球壁各個方向厚薄不一一樣，在往氣球中充氣的時候，氣球就會變成心型，而不是圓形。同樣的，袋熊大腸中兩個溝壑狀的凹槽使得食物殘渣受力不均勻，某些方向受力大一些，某些地方受力小一些，就使得袋熊大腸中的食物殘渣變成方向的長條形，而不是圓形的長條形，再經過肛門的剪切作用，最後就產生了世界上最神奇的方形便便。

這一項研究一經報導，就引起了多方媒體的關注，也給科學家們帶來了相當大的榮譽，他們獲得了2019年搞笑諾貝爾物理學獎，他們在給世界貢獻科研的同時，也給人們帶來了歡笑。

就像本項研究的主要參與者，史丹福大學的博士後Patricia J. Yang在接受《國家地理》採訪時說的一樣：

Cubes, Yang says, are very rare in nature. 「We currently have only two methods to manufacture cubes,」 she said, explaining that humans either mold cubes from soft materials, or cut them from harder objects. 「Wombats have a third way.」

翻譯成中文就是：立方體在自然界中是很少見的，人類目前有兩種方法來製造立方體，一種是利用模具和軟材料，一種是從硬的東西中切割出來，而袋熊提供了第三種製造立方體的方法。

這對於以後的工程製造也都會有幫助，因為人類的很多工具，如飛機等都是通過模仿生物來進行的，通過模仿袋熊製造方形便便的方式，人們有可能會尋找到一種更高效地製造立方體的方法。

這群「不務正業」的科學家其實真正享受了科研的樂趣

事實上，這並不是這群來自喬治亞理工的科學家們第一次獲得搞笑諾貝爾獎了，這個團隊因為研究所有哺乳動物撒尿的時間不會因為動物的體型不同而不同獲得了2015年的搞笑諾貝爾物理學獎，他們的研究還包括為什麼蚊子不會被雨滴拍死等等日常生活中經常見到、但是又沒有人思考的有趣的問題。

David L. Hu

科研其實就應該這樣，通過日常生活發現一些有趣的問題，然後通過研究發現這些有趣的問題的答案，然後尋找這個答案是否有可能在相應的領域得到應用。而不是因為做這項研究可以發表高影響因子的論文，然後生搬硬套給這項研究找一個研究意義，發表完論文之後就完全把這項研究拋棄了，開始去追尋新的熱點，發表新的高影響因子的論文。

Patricia J. Yang

上圖是項目的主要執行者Patricia J. Yang參加搞笑諾貝爾獎的照片，真是印證了網上流行的那麼一句話：「好看的皮囊千篇一律，有趣的靈魂萬裡挑一」，希望這位姑娘和這個團隊能夠在他們的科研道路上越走越好。