Физики проверили гипотезу о том, что за форму фекалий вомбатов отвечает тот же механизм, что формирует столбчатую отдельность - так геологи называют призматические столбы естественного происхождения, примером которого можно назвать знаменитую «Мостовую гигантов» в Ирландии. После серии экспериментов ученые пришли к выводу, что эта версия не подтвердилась, говорится в статье, опубликованной в Soft Matter.
Помет животных обладает не меньшим разнообразием, чем сами животные. Их консистенция и форма часто служат маркерами для правильной идентификации вида. Кроме того, физические свойства фекалий могут иметь определенную функциональность.
Так, кубическая форма какашек короткошерстных вомбатов (Vombatus ursinus) определяет его устойчивость при откладывании на возвышенностях. Зверьки используют это, чтобы эффективнее метить территорию. Мы уже рассказывали, как физики из Австралии и США под руководством Дэвида Ху (David Hu) выяснили, что квадратное сечение помета определяется неравномерностью механических свойств кишечника. За это исследование учёные были удостоены Шнобелевской премии. Свои выводы группа впоследствии подтвердила исследованием тканей кишечника: их неоднородность и зависимость жесткости от азимутального угла в сечении действительно способно формировать необычный профиль.
Однако, эти исследования определяют форму помета в двух из трех направлениях. Каким образом кишечник нарезает каловые массы на равные доли вдоль оси движения, до конца оставалось не ясным. Чтобы ответить на этот вопрос, группа Ху провела дополнительные теоретические и экспериментальные исследования, вдохновившись столбчатой отдельностью — геологическими структурами в форме призматических столбов, к которым можно отнести знаменитую «Мостовую гигантов» в Ирландии.
Формирование такого ландшафта геологи объясняют особенностью оттока тепла при остывании и высыхании лавы. Ученые характеризуют его с помощью связи размера колонн со скоростью потери влаги. Физики знают, что эта связь степенная, однако показатель степени зависит от геометрии задачи и физики тепло- и влагопередачи.
Ху с коллегами предположили, что похожий процесс происходит и с пометом животных за счет того, что вода впитывается стенками кишечника. Чтобы смоделировать этот процесс, физики смешивали кукурузный крахмал с водой в равных пропорциях и оставляли его высыхать под нагревательными лампами в пластиковом желобе, имитирующем кишечный тракт. Ранее Гёринг с коллегами выяснили, что показатель степени в такой системе должен быть примерно равен -1. В текущем же эксперименте авторы получили другое значение: -0,46.
Ученые подошли к проблеме и с другой стороны. Основываясь на данных о массе, длине кишечника, потреблении воды и форме фекалий 22 различных видов млекопитающих, включая человека, с помощью размерного анализа они получили значение степени, равное -2,08. Во всех трех случаях наблюдается уменьшение размера каловых гранул с ростом скорости высыхания. Однако, такой разброс показателей степени свидетельствует о неверности гипотезы о том, что какашки вомбатов и «Мостовая гигантов» созданы по одному механизму. Тем не менее, развитые авторами модели могут быть полезны для установления связи длины фекалий со здоровьем кишечника.
Ранее мы рассказывали, как физики разобрались с метанием кала пингвинами.