Hietamatojen ulosteiden tutkiminen saattaa kuulostaa vitsiltä, mutta taustalla on vakavasti otettavaa fysiikkaa. Tutkijat ovat osoittaneet, että ulostekasojen muotoa voidaan selittää samoilla mekaanisilla laeilla kuin taipuisan köyden kiertymistä.
Mehdi Habibin, Neil M. Riben ja Daniel Bonnintutkimus julkaistiin Nature Communications -tiedelehdessä.
Tutkimuksen otsikko on vapaasti suomennettuna ”Hietamadon ulosteen kiertyminen paljastaa kakan muodon yleismaailmallisen mekaniikan”.
Tutkijoiden kiinnostuksen kohteena olivat hietamadot eli Arenicola marina -lajin nivelmadot. Ne elävät vuorovesirantojen hiekkaan kaivamissaan käytävissä.
Laskuveden aikana hietamato asettaa peräpäänsä lähelle käytävän suuaukkoa ja työntää ulostemassaa maan sisältä ylöspäin. Hiekan pinnalle muodostuu spagettia tai paksua narua muistuttava ulostekierre.
Menetelmä poikkeaa useimpien eläinten ulostamisesta, sillä hietamadon tuottama materiaali liikkuu painovoimaa vastaan eikä sen suuntaisesti. Juuri tämä tekee hietomadon ulostekasoista kiinnostavia fysiikan näkökulmasta.
Kenttätutkimukset tehtiin Roscoffin rannikolla BretagnessaRanskassa. Tutkijat kuvasivat 40 tuoretta ulostekasaa ja käyttivät kahden sentin kolikkoa mittakaavana.
Ulostenauhojen halkaisija vaihteli noin kahdesta kuuteen millimetriin. Muodostuneiden kierteiden säde oli puolestaan noin 8–25 millimetriä, tutkimuksessa kerrotaan.
Ulosteen muoto taipui matemaattiseksi laiksi
Tutkijat mittasivat ulostemateriaalin jäykkyyttä ja vertasivat sen käyttäytymistä elastisen köyden kiertymistä kuvaavaan teoriaan.
Tulosten perusteella kierteen säde määräytyy ulostenauhan paksuuden, materiaalin jäykkyyden ja tiheyden sekä painovoiman yhteisvaikutuksesta.
Tutkimuksessa havaittu skaalauslaki oli:
R ∼ (d²E / ρg)⁰·³¹ ± ⁰·⁰³
Kaavassa R tarkoittaa kierteen sädettä, d ulostenauhan halkaisijaa, E materiaalin Youngin moduulia eli jäykkyyttä, ρ materiaalin tiheyttä ja g painovoiman kiihtyvyyttä.
Elastisen köyden teoria ennusti eksponentiksi yhden kolmasosan eli noin 0,333. Kokeissa saatu tulos 0,31 oli hyvin lähellä teoreettista ennustetta.
Tutkijoiden mukaan pieni ero voi johtua siitä, ettei todellinen ulostemateriaali ole täydellisen elastista. Siinä tapahtuu myös viskoosia energiahäviötä, jota puhtaasti elastinen matemaattinen malli ei huomioi.
Mainos
Taikina ja pasta käyttäytyivät kuin uloste
Tutkijat halusivat varmistaa, ettei ilmiö johtunut vain hietamatojen biologiasta. Siksi he toistivat kokeita ulostetta muistuttavalla hernepohjaisella taikinalla.
Kontrollikokeissa käytettiin lisäksi pehmennettyä spagettia ja riisinuudeleita.
Kun materiaaleja työnnettiin ylöspäin kapean putken läpi, ne muodostivat hietamatojen jätösten kaltaisia tasakokoisia kierteitä. Kierteen kokoon vaikuttivat samat tekijät kuin oikeassa ulosteessa: materiaalin paksuus, jäykkyys, tiheys ja painovoima.
Amsterdamin yliopistontutkimustiedotteen mukaan kokeet vahvistivat, että ulosteen muodon kannalta ratkaisevia ovat ennen kaikkea materiaalin mekaaniset ominaisuudet ja se, mihin suuntaan materiaali purkautuu suhteessa painovoimaan.
Eliölajilla ei siten näyttäisi olevan ratkaisevaa merkitystä. Pieni liero tuottaa pieniä kierteitä, koska sen ulostenauha on ohut. Suurempi hietamato puolestaan muodostaa suurempia kierteitä paksumman tuotoksensa vuoksi.
Amsterdamin yliopisto tiivisti havainnon osuvasti: tässä lajien välisessä vertailussa ulosteen muotoa ei lopulta määrää biologia vaan fysiikka.
Kuvakaappaus tutkimusmateriaalista
Myös kakkaemojin muodolle löytyi selitys
Tutkimus tarjoaa selityksen myös sille, miksi tuttu kakkaemoji on alhaalta leveä ja kapenee ylöspäin.
Useimmat eläimet ulostavat painovoiman suuntaisesti alaspäin. Kun ulostekasa kasvaa, uuden materiaalin putoamismatka lyhenee vähitellen. Tämän vuoksi kasan päälle syntyvät kierrokset ovat aikaisempia pienempiä.
Lopputuloksena on alhaalta leveä ja ylhäältä kapeneva kasa – sama perusmuoto, joka tunnetaan kakkaemojista.
Hietamadon tapauksessa uloste työnnetään puolestaan maan sisältä ylöspäin. Kierteen säde ei tällöin riipu kasvavan kasan korkeudesta, minkä vuoksi muodostuvat kierrokset pysyvät suunnilleen samankokoisina.
Hietamadon jätökset eivät siksi muodosta emojin kaltaista terävää huippua, vaan tasakokoisista renkaista koostuvan kierteen. Tutkijoiden kokeissa sama ero havaittiin myös silloin, kun taikinaa pursotettiin vuorotellen ylös- ja alaspäin.
Ulosteiden muodostamat kierteet eivät ole uusi tieteellinen havainto. CharlesDarwin kuvasi lierojen spiraalimaisia jätöksiä jo vuonna 1881 julkaistussa teoksessaan.
Darwin ei kuitenkaan pystynyt selittämään, miksi jätökset muodostavat juuri tietynlaisia torneja ja kierteitä. Nyt julkaistu tutkimus tarjoaa ilmiölle matemaattisen ja kokeellisesti testatun selityksen.
Tutkimuksella on myös leikillinen sivujuonne. Amsterdamin yliopiston mukaan tutkijat suunnittelevat hietamadon tasaisia ulostekierteitä esittävää toista kakkaemojia. He aikovat ehdottaa uutta emojia virallisesti Unicode Consortiumille.
Tämä artikkeli on tilaajille
Tilaamalla tuet kotimaista riippumatonta journalismia ja saat rajattoman pääsyn
sisältöihin.
