动物拉便便只要12秒：为什么所有动物大便几乎都要用12秒

尽管体型有巨大差异，但狗、人和大象的排泄时间却差不多。

古代中国人实践丰富，根据粪便的形状、大小和质地来诊断健康。埃及人、希腊人和几乎每一个古老的文化也都是这样做的。即使是今天，你的医生也可能会问你上次大便时的情况，并详细描述它。

当然，谈论起来并不舒服。但这就是科学的切入点，因为我们不喜欢讨论的东西仍然会造成伤害。肠易激综合征、炎症性肠病、胃肠道感染和其他与排便相关的病痛每年耗费了美国人数十亿美元。

但是试图解决这些问题不是我们尝试找出一些排便物理现象的主要动机。这是另外一件事，更危险的事。

大多数的大象和其他食草动物创造了“浮球”，而大多数老虎和其他食肉动物创造了“下坠球”

当为人父母时，这件事所带来的冲击更明显。我们中的一人是劳模，通过学习新的技能而生存，其中一项技能就是粪便分析。

多年的尿布更换和接下来的便盆训练使我从粪便分析新手转变为消瘦的行家。我的生活经历了一系列画面：从像豌豆一样的硬便球，到像光滑的蛇一样的长便，到一滩棕色的水。

与古人不同，我们不相信我们可以从儿童的粪便中预测未来。但我们认为，试图了解所有这些形状来自哪里是值得的。拥有一个实验室来回答关于日常世界的问题是成为科学家的一大乐趣。

作为流体动力学家，我们与外科医生Daniel Chu以及两个坚定的本科生Candice Kaminski和Morgan LaMarca通力合作，他们拍摄了亚特兰大动物园中34种哺乳动物的排便和手工挑选的粪便，以测量它们的密度和黏度。

66%的动物需要5到19秒的时间来排便

我们了解到，大多数的大象和其他食草动物创造了“浮球”，而大多数老虎和其他食肉动物创造了“下坠球”。不经意间，我们也将粪便从最难闻的排列到最不臭的，从老虎和犀牛开始，一直到熊猫。动物园里各种各样的动物为我们提供了众多的粪便大小和形状，作为独立的证据来证实我们排便时间的数学模型。

我们还将粪便放到一个叫做“流变仪”的装置里，这个精密机器可以测量液态和固态物质的特性，比如巧克力和洗发水。我们的实验室与乔治亚理工学院的物理学家Alberto Fernandez-Nieves共享两台流变仪。我们后来将流变仪归类为“清洁流变仪”和“大卫·胡流变仪”——已经看到了其公平地分配青蛙的唾液、粘液和粪便。

我们还学到了什么？更大的动物有更长的粪便。更大的动物也会以更高的速度排泄。例如，大象以每秒6厘米的速度排便，几乎是狗排便速度的六倍。人类排便的速度介于两者之间：每秒2厘米。

同时，这意味着，排便持续时间在许多动物物种中是持久不变的——大约12秒（正负7秒）——尽管体积变化很大。假设是一种钟形曲线分布，66%的动物需要5到19秒的时间来排便。这是一个惊人的小范围，因为大象粪便的体积是20升，几乎是狗10毫升粪便体积的1000倍。大型动物是如何以如此高的速度排便的？

我们的排便数据有助于我们为宇航员设计成人尿布

我们发现，答案在大肠内壁超薄粘液层的特性里。粘液和人的头发一样薄，薄到我们只能在粘液消失时通过称粪便的重量才能测量它。尽管很薄，但粘液非常滑，比粪便少了超过100倍的粘性。

在排便过程中，粪便像固体塞子一样移动。因此，在理想条件下，粪便的总长度和直径由一个人直肠和大肠的形状决定。我们研究的一个重大发现是，粪便从直肠延伸到结肠的一半长度。

将粪便的长度与粘液的性质结合起来，我们现在有了一个关于排便是如何发生的有粘着力的物理故事。较大的动物有较长的粪便，但也有较厚的粘液，使得它们能以同样的压力达到高速。没有这种粘液层，就不可能排便。粘液的改变会导致一些疾病，包括慢性便秘，甚至是由细菌引起的感染，如胃肠道里的梭状芽胞杆菌。

除了简单地遵循我们科学的好奇心之外，我们对粪便的测量也有一些实际的应用。我们的排便数据有助于我们为宇航员设计成人尿布。宇航员想要在太空服里呆7天，但被他们的尿布所限制。利用粪便的粘性，我们设计了一款尿布，将粪便与皮肤的直接接触隔离开来。这是今年早些时候美国宇航局太空粪便挑战赛的半决赛选手。

它只是表明了物理和数学可以在任何地方使用，即使是在你的抽水马桶里。

原文来自：http://www.bbc.com/earth/story/20170427-why-do