Starodavni Kitajci so prakticirali kopropanziteto, diagnozo zdravja glede na obliko, velikost in teksturo zalege. Tako so počeli Egipčani, Grki in skoraj vsaka starodavna kultura. Še danes vas zdravnik lahko vpraša, kdaj ste nazadnje imeli gibanje črevesja, in ga opiše natančno.
Sorodne vsebine
- Kako stresne so zebre? Samo povprašajte po njih
- Vzpon in padec kolonije pingvin, posneto v Poop
- Preverjanje črevesja: Mandrills Sniff Poop se izogibajte vrstnikom s paraziti
- Zakaj 10 dnevnih ton Ant Poop ohranja uspeh tega deževnega gozda
Seveda, neprijetno je govoriti. Ampak tu prihaja znanost, kajti tisto, o čemer ne želimo razpravljati, lahko še vedno škodi. Sindrom razdražljivega črevesja, vnetna črevesna bolezen, prebavne okužbe in druga bolezen, povezana s kašo, stanejo Američane več milijard dolarjev letno.
Toda poskušanje teh težav ni bila naša glavna motivacija, da bi poskusili ugotoviti nekaj fizike defekacije. Bilo je nekaj drugega, veliko bolj zlovešče.
Iz osebnega opazovanja, v laboratorij
Ko starševstvo zadene, močno udari. Eden od nas je delovni oče, ki je preživel z učenjem novega sklopa veščin, med katerimi je bila tudi analiza fekalnega tkiva. Dolga leta plenic in nato treniranje v lončkih so me spremenili iz novomašnika za analizo pooja v modrega poznavalca. Moje življenje mineva v seriji slik: trdi izmet pelete kot grah do dolg iztrebki kot gladka kača do luže rjave vode.
Za razliko od starodavnih nismo verjeli, da lahko iz otroškega stolčka napovemo prihodnost. Vendar smo mislili, da je vredno poskusiti razumeti, od kod prihajajo vse te oblike. Imeti laboratorij, ki bi odgovarjal na vprašanja o vsakdanjem svetu, je eden izmed različnih užitkov znanstvenika.
Kot dinamični dinamiki smo združili moči s kirurgom debelega črevesa Danielom Chuom in dvema podiplomskima študentoma, Candice Kaminski in Morgan LaMarca, ki sta v Zoo Atlanti snemala defekacijo in ročno pobrala iztrebke 34 vrst sesalcev, da bi izmerila njihovo gostoto in viskoznost.
Izvedeli smo, da večina slonov in drugih rastlinojedih ustvarja "plavače", medtem ko večina tigrov in drugih mesojedih ustvarja "potopilce". Nenamerno smo tudi razvrstili iztrebke od večine do najmanj smrdečih, začenši s tigrom in nosorogom in vse do pande. Živalske vrste živalskega vrta so nam nudile vrsto fekalnih velikosti in oblik, ki so služile kot neodvisni dokazi za potrditev našega matematičnega modela trajanja defekacije.
Iztrebke smo postavili tudi v napravo, imenovano reometer, natančni mešalnik, ki lahko meri lastnosti tekočin in trdnih materialov, kot sta čokolada in šampon. Naš laboratorij ima dva reometra s fizikom Georgia Tech Albertom Fernandez-Nievesom. Odtlej smo reometer uvrstili med »čisti reometer« in »revometer David Hu« - ki ima velik delež žabje sline, sluzi in blata.
Skrivnost hitrosti
Kaj smo se še naučili? Večje živali imajo daljši izmet. In večje živali tudi z večjo hitrostjo pokvarijo. Slon na primer premaga s hitrostjo šest centimetrov na sekundo, kar je skoraj šestkrat hitreje kot pes. Hitrost defekacije za ljudi je vmes: dva centimetra na sekundo.
Razmerje med telesno maso M in časom defekacije. Simboli predstavljajo eksperimentalne meritve; črtkana črta predstavlja najboljše prileganje podatkom; trdna črta predstavlja teoretično napoved. (Yang et al, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) Skupaj je to pomenilo, da je trajanje defekacije pri mnogih živalskih vrstah konstantno - približno 12 sekund (plus ali minus 7 sekund) - čeprav se obseg močno razlikuje. Ob predpostavki porazdelitve krivulje zvonca 66 odstotkov živali vzame med 5 in 19 sekund, da se izločijo. Gre za presenetljivo majhen obseg, glede na to, da ima sloni iztrebki 20 litrov, kar je skoraj tisočkrat več kot pasji, pri 10 mililitrih. Kako lahko velike živali pokvarijo s tako veliko hitrostjo?
Sluz na površini podgane podgane sveti pri t = 0 in izhlapi v manj kot 30 sekundah. (Yang et al, DOI: 10.1039 / C6SM02795D, CC BY-ND) Odgovor, ki smo ga ugotovili, je bil v lastnostih tanke plasti sluzi, ki obloži stene debelega črevesa. Plast sluzi je tanka kot človeški lasje, tako tanka, da bi jo lahko izmerili le s tehtanjem blata, ko je sluz izhlapela. Kljub debelosti je sluz zelo spolzka, več kot 100-krat manj viskozna od blata.
Med defekacijo se izmeta giblje kot trden čep. Zato v idealnih pogojih kombinirano dolžino in premer zalege preprosto določita oblika rektuma in debelega črevesa. Ena izmed velikih ugotovitev naše študije je bila, da se iztrebki raztezajo na polovici dolžine debelega črevesa od rektuma.
Enotna teorija o poopingu
Če določimo dolžino blata skupaj z lastnostmi sluzi, imamo zdaj povezano zgodbo o fiziki, kako se zgodi defekacija. Večje živali imajo daljši izmet, vendar tudi gostejšo sluz, kar jim omogoča, da z enakim pritiskom dosežejo visoke hitrosti. Brez te plasti sluzi defekacija morda ne bo mogoča. Spremembe sluzi lahko prispevajo k številnim težavam, vključno s kroničnim zaprtjem in celo okužbami z bakterijami, kot je C. difficile v prebavilih.
Poleg tega, da smo preprosto sledili naši znanstveni radovednosti, so bile naše meritve iztrebkov tudi nekatere praktične uporabe. Naši podatki o defekaciji so nam pomagali oblikovati plenico za odrasle za astronavte. Astronavti želijo ostati v vesoljskih oblekah sedem dni, vendar jih pleničke omejujejo. Izkoristili smo viskoznost iztrebka, zato smo oblikovali plenico, ki izloči iztrebke od neposrednega stika s kožo. V začetku letošnjega leta je bil polfinalist NASA Space Poop Challenge.
Samo kaže, da se lahko fizika in matematika uporabljata povsod, tudi v straniščni školjki.
Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru.
David Hu, izredni profesor za strojništvo in biologijo, izredni izredni profesor za fiziko, Georgia Institute of Technology
Patricia Yang, dr. Študent strojništva, Georgia Institute of Technology
