日常生活中常见的“粪便神情符号”，与天然界中典范的粪便堆外形高度类似：它底部较宽、顶部较窄，整体呈螺旋状堆叠，颇像一圈圈挤出的软冰淇淋，只是远不那么“可口”。原因在于，大年夜多半动物的排便偏向是朝下的，当柔嫩的粪便被排出并赓续堆高时，每新增一圈的落差逐渐减小，对应的线圈尺寸也随之变小，最终天然形成了上窄下宽的锥形螺旋堆。
但也有例外。研究指出，某些蠕虫，例如沙蚕（lugworm），会“逆重力”向上排便，其粪便在地表聚积时形成的是类似小塔的构造，线圈的半径沿高度偏向根本保持恒定，而不是像常见粪堆那样逐渐收紧。邦解释称，沙蚕展示了一种“反重力愚蠢”的特别机械状况：它们将柔嫩物质沿着与重力相反的偏向向上挤出，其形成的粪便铸型不再遵守通俗动物的“重力盘绕”模式，而是表现了软固体在反重力前提下的愚蠢与堆叠行动。
这一现象曾经连查尔斯·达尔文都认为困惑，如今的研究则给出了更清楚的解释：只要用弹性绳盘绕理论来描述柔嫩物质的挤出与盘绕过程，就能同一解释不合动物粪便形态的差别。邦与来自瓦赫宁根大年夜学和研究中间的梅赫迪·哈比比（Mehdi Habibi）、法国国度科学研究中间/巴黎萨克雷大年夜学的尼尔·M·里布（Neil M. Ribe）合作，经由过程理论分析和实验验证，明白了在不合重力与挤出偏向组合下，柔嫩材料会天然演变出截然不合的聚积构造。
研究发明，材料的刚度（弹性）、密度以及粪便本身的直径是决定盘绕构造的关键变量。简而言之，线圈的半径由粪便直径以及其弹性和密度合营决定，而后两者会随饮食略有变更但整体波动不大年夜，是以不合物种的重要差别表如今“排出物本身有多粗”。例如，雨蚯蚓的粪径较小，形成的是标准更细的线圈；相反，体型更大年夜的沙蚕，其渗出物直径更大年夜，因而构成了体积明显更大年夜的线圈和塔状聚积，这被认为是“生物学身分”在物理规律基本上的重要影响方法。
有趣的是，这些不雅察并不仅限于粪便。研究团队指出，同样的盘绕与愚蠢道理同样实用于豌豆面团、意大年夜利面等经由过程挤出工艺制成的食物。邦表示，实际中有大年夜量食物和材料是经由过程挤出成型的，例如各类面条、意面和糖果，它们在临盆过程中出现出的螺旋、曲折或波浪外形，都可以用类似的物理模型加以描述。
这项研究由阿姆斯特丹大年夜学物理研究所的丹尼尔·邦（Daniel Bonn）领衔，他和合作者分析了为何天然中的粪便外形会出现差别，并将谜底追溯到“弹性绳盘绕”的物理定律——这一数学模型用于描述绳索及其他柔性材料在外力和重力感化下若何盘绕。研究注解，关键身分在于材料本身的刚度，以及重力偏向相对于挤出偏向的关系，是以在单次排便行动中，物理身分在决定外形方面甚至压过了生物学和进化身分。
从工程和制造业角度看，这一研究还暗示了一些潜在应用。邦介绍称，应用类似的盘绕机制可以用极其简单的方法制备弹簧等构造，只需在柔嫩材料挤出时，经由过程移动基底或调剂相对活动轨迹，就能生成复杂而优雅的图案甚至具有实际功能的构造。在此前的相干工作中，研究者已经应用移动基底与盘绕间的互相感化，制造出既美不雅又有效的多种微构造，此次对“粪堆外形”的研究则进一步丰富了人们对柔嫩材料在重力场中行动模式的懂得。
在“科学之外”，研究团队还筹划把这些发明带回到数字生活中。邦泄漏，他和同事们正在设计一款“第二代粪便神情符号”，并筹划正式向负责同一神情符号标准的 Unicode 联盟提出建议，将来用户有望在手机上看到不合于现有形象的新款“便便”神情。相干研究论文已经揭橥在学术期刊《天然·通信》（Nature Communications）上，并由自力科学作者进行事实核查。
发表评论 取消回复