大便 Emoji 為何長這樣？最新研究揭開經典螺旋造型謎團

你曾想過為什麼便便表情符號「💩」長這樣子呢？這是自然界中常見的糞便外表，外型呈螺旋狀，底部較寬、頂部較窄，看起來有點像一圈圈擠出的霜淇淋，但你有想過為何是呈現這個樣子嗎？

根據物理學界的說法，由於大多數動物都是向下排便，每一圈新排出的糞便落下的距離都比前一圈更短，因此自然形成底部較寬、頂部較窄的錐狀螺旋外型。

最新研究發現，當這個過程反過來進行時，相同的物理定律卻形成完全不同的形狀，這也證明即使是大便表情符號，其外觀也受重力與材料科學影響。

大多數動物都是向下排便，隨著糞便越堆越高，新排出的糞便落下的高度逐漸縮短，因此每一圈形成的半徑也會越來越小，最終堆疊出典型的錐狀外觀。

不過像沙蠶（lugworm）這類的蠕蟲則是向上排便，其糞便便形成另一種截然不同的外型，如同一座塔狀結構，每一圈螺旋的半徑幾乎維持固定，不像一般動物那樣逐漸收窄形成圓錐狀。

論文通訊作者、阿姆斯特丹大學（University of Amsterdam）物理研究所教授 Daniel Bonn 表示，沙蠶展現一種特殊的力學機制。牠們將柔軟的物質向上擠出、對抗重力，其糞堆反映出柔軟固體在反重力條件下的彎曲現象，而非大多數動物向下排便時所呈現的重力螺旋結構；在一般情況下，螺旋半徑會受到糞便堆積高度影響。

至於為什麼會出現這種差異？這個問題甚至曾困擾過英國生物學家達爾文。

事實上，答案在於「彈性繩索盤繞」（elastic rope-coiling）理論，這套數學模型描述了繩索及其他柔軟材料如何自然盤繞成螺旋。

Bonn 與荷蘭瓦赫寧恩大學暨研究中心 Mehdi Habibi，以及法國國家科學研究中心（CNRS）的 Neil M. Ribe，利用這項理論分析兩種不同糞便外型形成的原因。研究發現，影響糞便形狀的關鍵因素是材料本身的剛性，以及重力方向相對排出方向的位置關係。換言之，決定糞便最終外型的主要因素是物理條件，而非動物本身的物種或演化差異。

Bonn 解釋，從理論與實驗顯示，螺旋半徑主要取決於糞便直徑（因物種而異）、糞便的彈性以及密度。其中，彈性與密度可能因飲食而略有變化、但差異不大。達爾文研究的蚯蚓因糞便直徑很小，所以形成非常細小的螺旋；沙蠶體型更大，因此形成較大的螺旋。

研究團隊指出，螺旋形成的物理原理並不限於糞便，而是適用於各種透過擠壓成型的材料，包括豌豆麵糰、義大利麵等食品，都會遵循相同的物理規律。

Bonn 表示，許多食品都是透過擠壓製程生產，例如各式義大利麵、麵條，以及各種糖果，因此這項研究的結果也可能應用於食品加工，甚至工程與材料科學領域。

他舉例，在工程方面，這或許能成為製造簡單彈簧的新思路。當材料盤繞的同時移動承載基板，就能製作出各式各樣的結構，形成既美觀、有時也相當實用的圖案與形狀。這項研究成果已發表於《Nature Communications》期刊。

同時，Bonn 與研究團隊還計畫設計第二款便便表情符號，並正式向 Unicode 聯盟（Unicode Consortium）提出申請，未來手機上可能出現不同的便便表情符號。

（首圖來源：pixabay）