Кубические фекалии животных¶

Кубические фекалии — экскременты правильной кубической формы, которые продуцируют некоторые виды млекопитающих. Наиболее известный пример — вомбаты (семейство Vombatidae), австралийские сумчатые, чьи фекалии имеют форму куба со стороной около 2 сантиметров. Кубические экскременты также описаны у ряда грызунов, в частности у шиншилл и некоторых видов песчанок.

¶Вомбаты

Вомбаты (роды Vombatus, Lasiorhinus, Phascolomys) обитают в Австралии и Тасмании. Ночными и сумеречными животными, они питаются травой, корой и корнями. Кубическую форму фекалий вомбаты используют в коммуникации: экскременты выкладываются на камни, ветки и входы в норы как метки территории. Правильная форма позволяет фекалиям не скатываться со склонов и веток, оставаясь на видном месте.

Долгое время механизм образования куба оставался неизвестным. В 2018 году группа инженеров-механиков из Джорджианского технологического института (США) и ветеринарных специалистов из Университета Тасмании опубликовала исследование в журнале Proceedings of the Royal Society A. Учёные обнаружили, что последние 8–9% кишечника вомбата имеют две зоны с разной эластичностью: участки с повышенной жёсткостью чередуются с более мягкими. Перистальтические волны, проходя через такие зоны, сжимают каловые массы неравномерно, формируя четыре плоские грани и закруглённые рёбра. Кишечник вомбата примерно в четыре раза длиннее тела, что обеспечивает высокую эффективность усвоения влаги из пищи — до 80% воды из кала поглощается обратно.

¶Грызуны

Кубические фекалии описаны у шиншилл (Chinchilla lanigera и Chinchilla chinchilla). В природе шиншиллы живут в Андах (Чили, Перу, Боливия) и также используют экскременты для меток территории. Фекалии шиншилл мельче вомбачьих — около 5–6 мм в поперечнике — и менее правильной формы, но заметно более кубические, чем у большинства грызунов.

У шиншилл, как и у вомбатов, кишечник длинный, а пища с низким содержанием белка и высоким содержанием клетчатки. Считается, что кубическая форма возникает по сходному механизму — неравномерной эластичности стенок дистального отдела кишечника. Однако детальные исследования строения кишечника шиншилл проводились в меньшем объёме, чем у вомбатов.

У ряда других грызунов (морские свинки, песчанки, хомяки) форма фекалий также может быть приближена к цилиндрической или слегка приплюснутой, однако выраженный кубический характер отмечен прежде всего у шиншилл.

¶Физиологические особенности

Формирование кубических фекалий связано с двумя основными факторами:

• Длительность кишечного транзита. У вомбатов пища находится в кишечнике значительно дольше, чем у большинства млекопитающих comparable размера, что позволяет максимально извлечь влагу. Переваренная масса становится достаточно сухой и пластичной, чтобы удерживать заданную форму.
• Неравномерная эластичность кишечной стенки. Механические свойства кишечника вомбата неоднородны вдоль окружности и по длине. В зонах повышенной жёсткости стенка почти не растягивается, а в более мягких — деформируется сильнее. Перистальтика сжимает массу так, что образуются четыре плоские грани.

Исследование 2018 года показало, что вомбаты производят в среднем от 80 до 100 кубиков за ночь. Фекалии формируются в кишечнике, а не в анальном отверстии, что отличает этот механизм от формирования шестигранных экскрементов у некоторых птиц.

¶Экологическое значение

Кубическая форма имеет практическое значение для животного. Вомбаты живут в норах и метят территорию фекалиями, оставленными на возвышенностях — камнях, поленьях, входах в нору. Цилиндрические экскременты скатывались бы со склонов, а кубические остаются на месте. Это особенно важно в засушливых районах Австралии, где вода из экскрементов испаряется медленно, а запах метки сохраняется дольше.

Вомбаты — одни из немногих животных, использующих фекалии в сложной коммуникации. Разные особи оставляют метки в строго определённых местах, и расположение кубиков может передавать информацию о поле, статусе и индивидуальности животного.

¶Интересные факты

• Вомбат — единственное млекопитающее, чьи фекалии имеют форму правильного куба.
• Исследование 2018 года получило широкое освещение в научной журналистике и было отмечено премией «Игнобелевская премия» в области физики.
• Вомбаты способны закрывать нору задом наперёд, используя хрящевую пластину в задней части тела как щит от хищников.

¶Применение в технологиях

В 2019 году исследователи из Джорджианского технологического института предложили использовать принцип неравномерной эластичности кишечника вомбата для производства кубических тел при промышленном формовании — например, при изготовлении таблеток, строительных блоков или кормовых гранул. Мягкие материалы в вращающихся барабанах обычно образуют сферические гранулы, а применение зон с переменной жёсткостью может позволить получать кубы без дополнительной обработки.

Источники:

• Petrovsky T., Green B., Askwith C. et al. Biomechanical design of a novel mammalian defecation mechanism // Proceedings of the Royal Society A, 2018.
• King K. L., Hu C., Reed B. R. et al. Morphology and evolution of the wombat gastrointestinal tract // Australian Journal of Zoology.
• Материалы Джорджианского технологического института о механизме формирования кубических фекалий вомбатов.
• Справочные данные о фауне Австралии и Тасмании.