Fyzici modelovali tvorbu trusu vombatů

Biologové a inženýři studovali střevní tkáň wombatů a simulovali vliv stěn tlustého střeva na výkaly, načež dospěli k závěru, že za čtvercový průřez výkalů wombatů je zodpovědná heterogenita střeva v tloušťce a tuhosti v závislosti na azimutálním úhlu. . Již po několika cyklech stlačení dosáhla pravoúhlost průřezu hodnot skutečných výkalů a obdélníkový tvar lze zafixovat vysušením výkalů. Článek uveřejněný v časopise Měkká hmota.

Vombati jsou vačnatci pocházející z Austrálie a Tasmánie. Dospělý vombat váží 20-35 kilogramů, přičemž délka jejich střev je srovnatelná s člověkem: 6-9 metrů. Výkaly wombatů mají tvar krychle, což je skutečnost, která je známá již od poloviny dvacátého století. Od té doby biologové přišli s různými vysvětleními tohoto neobvyklého tvaru: například mezi kostmi pánve nebo díky čtvercovému tvaru svěrače mohly být stlačeny fekální hmoty, stejně jako paralelní bloky podélných hladkých svalů v slepé střevo. Hypotézy však byly pouze předpoklady a ne plnohodnotnými studiemi. Vombati používají k označení hranic svého území výkaly čtvercového tvaru – trus se neskutálí ze skal, klád nebo jiných vyvýšených míst.

Otázka, jak se trus wombatů vyrábí do čtvercového tvaru, pronásledovala vědce, protože by to mohl být zásadně nový způsob výroby pravoúhlých struktur, odlišný od vytlačování, lisování nebo krájení. Navíc tvar podestýlky může vypovídat o kvalitě výživy a stavu trávicího traktu.

Před dvěma lety jsme psali o konferenčním příspěvku o čtvercové podestýlce a nyní Patricia J. Yang a Alexander B. Lee a kolegové z Georgia Institute of Technology a University of Tasmania studovali střeva tří krátkosrstých vombatů (Vombatus ursinus), zraněný při dopravní nehodě. Vědci otevřeli jedno ze střev a zjistili, že k tvorbě pravoúhlých výkalů dochází v posledních dvou metrech střeva.

Aby se ujistili, že čtvercová stolička není způsobena tvarem pánevních kostí nebo svěrače, vědci v rámci nové práce provedli CT sken řitního otvoru živého vombata – nebyly nalezeny žádné pravoúhlé struktury. Autoři poté pomocí souřadnicového měřicího stroje vytvořili 3D model jednoho ze vzorků stolice. Vzorek měří 2,3 na výšku, 2,5 na šířku a 4 centimetry na délku, a proto má spíše tvar pravoúhlého rovnoběžnostěnu než krychle.

Aby vědci pochopili, jak se ve střevech tvoří obdélníkové výkaly, zkoumali tkáň a prováděli mechanické testy jejích tkání v závislosti na směru. Střevní stěna se skládá ze čtyř typů tkání: podélný sval, orbicularis sval, žlázová tkáň a sliznice. V závislosti na azimutálním směru se výrazně mění tloušťka podélných a kruhových svalů, a proto svůj výzkum mechanických vlastností zaměřili právě na ně. V distálním tračníku se podélný sval téměř dvakrát mění pod úhlem 240 stupňů od polohy minimální tloušťky a m. teres se ztlušťuje o polovinu v úhlech 90 a 270 stupňů.

Celkem, v závislosti na tloušťce v radiálním směru, jsou pozorovány dva vrcholy při 90 a 240 stupních od minimální polohy. V proximálním tračníku jsou také pozorovány dva vrcholy tloušťky v radiální distribuci. Z mechanických tahových zkoušek v různých radiálních směrech bylo zjištěno, že minimální tuhost a maximální tuhost jsou pod úhlem 90 stupňů.

Vědci poté vytvořili mechanický model střevní stěny, aby pochopili, jak dvě tuhé oblasti mohou vytvořit 8 oblastí s různým zakřivením: nulové zakřivení pro ploché strany výkalů a strmý vrchol v rozích. Model je sestaven s následujícími upozorněními: model je dvourozměrný a výkaly jsou reprezentovány jako přídavná hmota ke stěnám střev. Střevní stěny byly reprezentovány jako prstenec 200 uzlů s hmotou, přičemž každý uzel je spojen se svými sousedy pomocí pružin různé tuhosti. Aby vědci našli počáteční konfiguraci střevního modelu, hledali rovnovážný stav. Nakonec bylo 5 neznámých: úhly mezi uzly uvnitř dvou oblastí a na hranici mezi nimi, stejně jako dvě délky pružin v oblastech. Počáteční konfigurace modelu je téměř kruhová.

Kontrakce střevních stěn byla modelována pomocí obdélníkové vlny – jednou za periodu se délka všech pramenů zkrátila čtyřikrát. K odhadu pravoúhlosti stolice vědci použili zakřivení: je konstantní pro kruh a inklinuje k nekonečnu pro čtverec. Ukázalo se, že maximální čtvercový tvar (koeficient pravoúhlosti ~ 0.3) je pozorován osm sekund po zatížení za méně než deset kompresních cyklů a poté je zdeformován do oválnějšího tvaru. Vědci zároveň změřili koeficient pravoúhlosti pro skutečný trus vombatů – v průměru je jeho pravoúhlost 0,14.

Autoři článku tedy zjistili, že heterogenní rozložení tloušťky střevní tkáně ovlivňuje radiální heterogenitu v tuhosti. Kombinace takových nehomogenit vede k vytváření úhlů a při průchodu střevy ztrácejí výkaly vlhkost, stávají se tužšími a zajišťují pravoúhlou strukturu.

Výkaly wombatů jim pomáhají označovat území a efektivněji najít partnery. O tom, jak ostatní zvířata používají výkaly, si můžete přečíst na blogu našich biologů: „Toto je norma: o instrumentálních výhodách výkalů.“

Vombati jsou velcí australští vačnatci, kteří mají vždy úsměv na tváři. Zajímavé jsou ale nejen svým vzhledem. Od ostatních savců se liší tvarem výkalů: mají krychlový tvar. Jejich trus vypadá jako úhledné cihly.

Jak se to stane? To zatím nelze určit se 11% přesností, ale zoologové naznačují, že tomu tak je. Vombati se živí suchou trávou a tráví ji velmi dlouhou dobu (18-XNUMX dní), což jim umožňuje absorbovat maximum živin.

Trus wombatů vypadá jako úhledné cihly

Vombatův žaludek má poměrně jednoduchou strukturu. A tlusté střevo je rozděleno na dvě části. První stěna je velmi silná, vlastně pevná. Proto je tam fekální hmota stlačena velmi těsně. Měl by tvar válce, jako většina savců, nebýt drážek probíhajících podél celé této části. Působí jako forma na výkaly a z válce se získá rovnoběžnostěn („cihla“) se „zářezy“.

Druhá část tlustého střeva je naopak zvětšená a její stěny jsou pružnější. Nedokážou exkrementy stlačit takovou silou, aby výrazně změnily svůj tvar. V procesu pohybu po ní – kvůli „zářezům“ – je však „cihla“ rozdělena na úhledné kostky. Ve výsledku nejsou výstupem podlouhlé exkrementy ani pelety, ale krásné kubické výkaly. Australan Robin Lawrence dokonce vyrobil model vombatova trávicího systému a naplnil ho želé, aby v praxi předvedl, jak se výkaly vombatů mění ve tvar krychle.

Proč vombat potřebuje tak sofistikovanou formu exkrementů? Kostky mají jednu výhodu: nekutálejí se a zůstávají na místě, kde ze zvířátka vylezly. Protože vombati označují hranice svého území výkaly, je důležité, aby se značky nikam neposouvaly. Kostky exkrementů jsou pro vombaty skvělým pomocníkem v geopolitickém boji!

Tučňáci střílejí bílý proud

Tučňáci střílejí bílý proud

Ptačí odpad se nedělí na moč a výkaly. Vše splývá v jednu společnou kloaku, odkud vychází v podobě bílé tekutiny. Mnozí z nás to nejednou ucítili na rukávu kabátu nebo viděli na čelním skle auta. Ale u některých druhů ptáků ošklivé kapky pasivně padají, kam se jim zlíbí, zatímco u jiných je situace mnohem zajímavější. Mluvíme o tučňákech.

V jedné zajímavé vědecké práci publikované v roce 2003 autoři odhadli tlak, pod kterým vytékají fekální proudy z kloaky tučňáků Adélie a podbradníků. Ukazuje se, že pokud je materiál exkrementů dostatečně viskózní, je z těla vytlačen pod tlakem půl atmosféry. Autoři s lítostí poznamenávají, že nebyli schopni určit, jak si tučňák volí směr proudu a zda se při defekaci přizpůsobuje větru.

Ekologům dobře slouží i exkrementy tučňáků. Ptáci se shromažďují v koloniích a zůstávají po dlouhou dobu přibližně na stejném místě. Jejich výkaly se tam hromadí, a protože mají jinou barvu než sníh, jsou vidět shora. V Antarktidě tak bylo nalezeno 38 dříve neznámých kolonií tučňáků císařských.

Hroši útočí na ventilátor

Hroši útočí na ventilátor

Hroši, také známí jako hroši, jsou impozantní stvoření. Nejen, že mají obrovské tesáky, pevnou hmotu a divokou povahu. Také se snaží obsadit co nejvíce území a dát ostatním jasně najevo, kdo je šéf. To se provádí šířením výkalů. Hrochův ocas, i když je krátký, mu v tomto procesu účinně pomáhá. Přesvědčte se sami sledováním videa.

Protetické klouby vyrobené z dinosauřích trusu

Zde je čerstvý příklad užitečného, ​​ale velmi exotického použití starověkých výkalů. Doktor Roy Bluebaum na začátku roku 2017 přemýšlel, který biomateriál lépe simuluje přežití umělých kloubů a kam je lepší tyto klouby instalovat. Rozhodl se porovnat dvě možnosti: porézní titanové implantáty a hutné protetiky vyrobené z koprolitů (zkamenělých výkalů) dinosaurů. Na základě získaných výsledků Bluebaum zjistil, že jedna z tradičních implantačních metod je znatelně spolehlivější než druhá. Jen bůh ví, kolik stály vzorky koprolitu pro tuto extravagantní studii.

Srovnání spojovacích prostředků implantovaných do lidských kostí: A – z titanu, B – z dinosauřích koprolitů. Vlevo jsou oba implantáty implantovány do těla kosti a vpravo do houbovité hmoty

Potkani mají svítící hovínka

Nyní se stalo módou studovat mikrobiom – bakterie žijící v orgánech. Nejoblíbenějším předmětem studia je střevní mikrobiom. Obsahuje „dobré“ bakterie, které vám umožňují strávit něco těžko dostupného nebo chránit před nemocí. A jsou i „špatné“, přispívají ke zdravotním problémům. Je možné implantovat střevní bakterie do jednoho organismu z druhého. Ano, to se provádí pomocí výkalů.

Nikdo je samozřejmě nevyndává z jednoho konečníku a nevkládá do druhého. Exkrementy se zpracovávají speciálním způsobem – suší a čistí. Získají se malé pelety. To oni používají.

Jak ale poznat, zda výsledná surovina na pelety obsahuje potřebné bakterie? Může být provedena vhodná analýza. Nebo můžete tyto mikroby donutit, aby produkovaly speciální protein, který svítí ve tmě. Exkrementy obsahující potřebné bakterie tak budou v noci dobře viditelné, ale všeho ostatního už tolik nebude. Zatím byla technologie testována na krysách, ale bylo by fajn, kdyby se do psích střevních bakterií vložil nějaký gen pro svítící protein – boty by byly koncem podzimu čistší.

Psi kakají podle kompasu

Někteří lidé cítí magnetické bouře, zatímco jiní cítí magnetické pole Země. Díky magnetickému smyslu (magnetocepci) se poštovní holubi a stěhovaví ptáci vracejí domů. Magneticky citlivý orgán se u psů zatím nenašel, ale jedno je jasné: když si sednou ke kakání, jejich trup je orientován podél čar magnetického pole Země. Totéž platí pro močení.

Psi kakají podle kompasu Foto: RASYUK Tatyana Vitalievna

Tato důležitá vědecká fakta byla založena na velkém experimentálním materiálu. Studie se zúčastnilo 70 psů 37 různých plemen. Sběr dat probíhal po dobu dvou let a během této doby bylo zaznamenáno až 1893 5582 defekací a XNUMX XNUMX případů vylučování moči. Měření magnetického pole se provádělo přímo u psů pomocí speciálního zařízení. Zvířata mohla zmást pouze silné kolísání magnetického pole. V takových případech chodili na toaletu náhodně, aniž by se zaměřili na magnetické siločáry.

Steaky vyrobené z lidských exkrementů

A nejpodivnější věc je jako obvykle z Japonska. Mitsuyuki Ikeda z laboratoře Okayama obdržel žádost od tokijské kanalizační služby: co se dá dělat se vším tím odpadem, který v ní končí? Vidíte, něco dobrého by z toho vzešlo.

Něco se skutečně povedlo. Ikeda zjistil, že kal z kalů (jak jinak se dá této hmotě říkat?) obsahuje poměrně dost bílkovin. Koneckonců, výkaly, jak jsme zjistili výše, obsahují spoustu bakterií a navíc obsahují bílkoviny. Ve stolici zůstávají i živiny, které tělo nestráví. Obecně platí, že pokud vyčistíte exkrementy tak, aby zůstaly pouze bílkoviny, můžete k nim přidat trochu tuku a sacharidů a získáte zcela poživatelnou hmotu. Japonci mu chtěli dát tvar masového steaku. Kdo ví, možná už jsou někde podávány pod rouškou „Voronežského ribeye“?

Není to poprvé, co odpad z toalet přinesl komunitě užitek. V Holandsku se například naučili sušit a čistit použitý toaletní papír a přidávat ho do asfaltu, aby lépe absorboval vodu.

Přečtěte si také

Věková kategorie webu 18 +

Online publikace (webová stránka) je registrována Roskomnadzorem, certifikát El č. FS77-80505 ze dne 15. března 2021.

ŠÉFREDAKTOR OLESIA VYACHESLAVOVNA NOSOVÁ.

HLAVNÍ REDAKTOR STRÁNEK – KANSKY VIKTOR FEDOROVICH.

AUTOREM MODERNÍ VERZE EDICE JE SUNGORKIN VLADIMIR NIKOLAEVICH.

Příspěvky a komentáře čtenářů webu zveřejněny bez úprav. Redakce si vyhrazuje právo je ze stránek odstranit nebo upravit, pokud jsou tyto zprávy a komentáře zneužitím svobody médií nebo porušením jiných požadavků zákona.

Nakladatelství JSC Komsomolskaja Pravda. INN: 7714037217 OGRN: 1027739295781 127015, Moskva, st. Novodmitrovskaya, 2B, patro 8, pokoj. 800, tel. +7 (495) 777-02-82.

Výhradní práva na materiály zveřejněné na webových stránkách www.kp.ru v souladu s právními předpisy Ruské federace o ochraně výsledků duševní činnosti náleží vydavatelství JSC Komsomolskaja Pravda a nejsou předmětem použití jinými osobami v v jakékoli formě bez písemného souhlasu držitele autorských práv.

Nákup autorských práv a kontaktování redakce: [email protected]