ปริศนาแห่งอุจจาระทรงลูกเต๋า / ทะลุกรอบ ป๋วย อุ่นใจ

ดร. ป๋วย อุ่นใจ

ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

ปริศนาแห่งอุจจาระทรงลูกเต๋า

 

หลังจากเครียดกันเรื่องโควิด-19 ไปหลายเพลา เรากลับมาคุยเรื่องไม่ค่อยเครียดกันอีกสักครั้งดีกว่าครับ

เคยเห็นลูกเมลอนสี่เหลี่ยมกันมั้ยครับ นวัตกรรมแบบชิกๆ จากไอเดียสร้างสรรค์ของชาวสวนที่เอากล่องไปครอบผลมันไว้จนได้เมลอนรูปทรงเหลี่ยมดูเก๋ไก๋

แนวคิดนี้ทำให้หลายๆ คนตื่นเต้น รวมทั้งผมด้วย

ถามใหม่ แล้วเคยเห็นก้อนขี้ทรงสี่เหลี่ยมมั้ยครับ?

แน่นอนว่าไม่มีใครจะไอเดียบรรเจิดขนาดเอากล่องไปใส่ขึ้นรูปอุจจาระให้กลายเป็นสี่เหลี่ยมเหมือนเมลอนในสวนแนวสร้างสรรค์

ลองจินตนาการประติมากรรมธรรมชาติเป็นก้อนขี้ทรงลูกเต๋าสีดำตั้งเป็นพะเนินอยู่บนก้อนหิน ดูโดดเด่นเป็นสง่า อวดโฉมดำๆ ท้าทายแดดลม ราวกับว่ามีใครมาบรรจงเสกสรรปั้นแต่งไว้

นี่ไม่ใช่ฝีมือประติมากรก้อนขี้ในตำนานอย่างแมงกุดจี่ เพราะศิลปินในตำนานเหล่านี้จะปั้นขี้เป็นก้อนกลมๆ

แต่กลับเป็นผลงานของน้อง “วอมแบต (wombat)” แห่งดินแดนดาวน์อันเดอร์

หน้าตาของวอมแบตแห่งทาสมาเนีย

วอมแบตเป็นสัตว์พื้นถิ่นของออสเตรเลีย หน้าตาละม้ายคล้ายตุ๊กตาหมีพูห์ขนปุกปุย แต่ที่ต่างจากหมีพูห์ก็คือมันมีกระเป๋าหน้าท้องเหมือนจิงโจ้

วอมแบตจะดูเหมือนง่วงนอนตลอดเวลา (เพราะปกติแล้ว พวกมันจะตาสว่างเวลากลางคืน)

ในทุกค่ำคืน กิจวัตรหนึ่งของวอมแบต ก็คือพวกมันจะขับถ่ายมูลออกมาแบบเป็นซีรีส์ คืนหนึ่งก็ราวๆ แปดสิบถึงร้อยก้อน ทุกก้อนออกมาเหลี่ยมกริ๊บ เป็นรูปลูกเต๋าเล็กๆ

แต่ที่เด็ดสุด และน้องวอมแบตนั้นเป็นสายชอบโชว์

มหกรรมลูกเต๋าก้อนขี้มักจะถูกกองกันอยู่ให้เห็นอย่างโจ่งแจ้งบนขอนไม้ รั้ว หรือก้อนหิน เรียกว่าจัดให้เห็นชัดๆ ไม่อายฟ้าอายดินกันไปเลย

 

เชื่อกันว่าวอมแบตน่าจะใช้อุจจาระที่มีสัณฐานเหมือนลูกเต๋าของพวกมันแทนสัญลักษณ์บ่งบอกอาณาเขต แนวๆ เดียวกับที่สุนัขบ้านชอบไปปล่อยเรี่ยราดไว้ตามล้อรถ แถมยังอาจจะมีผลในการดึงดูดเพศตรงข้ามอีกด้วย

กองลูกเต๋าอาจมกลายเป็นโจทย์วิจัยที่ต้องตาตรึงใจของทีมวิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีจอเจียร์ (Georgia Institute of Technology)

พวกเขาจึงร่วมมือกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยทาสมาเนีย (University of Tasmania) เพื่อค้นหาคำตอบของปริศนาแห่งลูกเต๋าสุดประหลาดนี้

คำถามที่พวกเขาอยากรู้ที่สุดก็คือ “ก้อนขี้สี่เหลี่ยมนั้นออกมาจากรูก้นกลมๆ ของน้องวอมแบตได้อย่างไร?”

วอมแบตที่พบได้ในธรรมชาติที่ทาสมาเนีย

เพื่อพิสูจน์ ซากวอมแบตโชคร้ายที่ถูกรถชนจึงถูกเก็บมาชันสูตรเพื่อค้นหาว่าในลำไส้ของวอมแบตนั้นมีความโดดเด่นอย่างไร ทำไมจึงบีบกากอาหารออกมาเป็นก้อนได้เป็นเอกลักษณ์ขนาดนั้น

ปกติแล้ว วอมแบตจะใช้เวลาย่อยอาหารที่กินเข้าไปราวๆ สองสัปดาห์ โดยจะค่อยๆ ดูดซึมสารอาหารและน้ำออกไป ปล่อยให้กากอาหารที่เหลือจับตัวเป็นก้อน ในตอนปลายของลำไส้ ที่ซึ่งกากอาหารจะถูกบีบอัดและขับออกมาในรูปอุจจาระทรงลูกเต๋าขนาดประมาณ 1 นิ้ว

นักวิจัยสอดลูกโป่งทรงยาวเข้าไปในลำไส้วอมแบตแล้วลองเป่าให้ยืดขยายดูเพื่อทดสอบความยืดหยุ่นของลำไส้ในแต่ละส่วน พบว่าผนังลำไส้ของวอมแบตนั้นจะยืดหดได้ไม่เท่ากัน โดยจะมีทั้งส่วนที่นุ่ม (soft) และส่วนที่แข็ง (stiff) ซึ่งส่วนที่อ่อนนุ่มนั้นจะขยายตัวออกได้เยอะ ในขณะที่ส่วนที่แข็งนั้นจะรัดแน่นเหมือนกับหนังสติ๊ก

โครงสร้างแบบนี้ไม่เหมือนใคร โดยส่วนใหญ่แล้ว ผนังลำไส้ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะบีบรัดด้วยแรงเท่าๆ กันหมดในทุกทิศทาง บีบอัดขับดันก้อนกากอาหารออกมาด้วยการเคลื่อนที่ที่เป็นแพตเทิร์นแบบลอนคลื่น หรือที่เรียกว่า เพอริสตัลสิส (peristalsis)

ซึ่งอุจจาระที่ออกมาก็จะเป็นท่อนยาวๆ สวยงามถ้ามีสุขภาพดี

 

“งานวิจัยนี้ดีมาก ลำไส้ของวอมแบตมีความพิเศษมากจริงๆ” ซุง ฮวาน จุง (Sunghwan Jung) นักชีวฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ (Cornell University) กล่าวอย่างตื่นเต้น

และเพื่อตอบคำถามที่ว่าส่วนของลำไส้ที่มีความอ่อนนุ่ม แข็งแน่นต่างกันจะบีบรัดเป็นจังหวะจนได้เหลี่ยมมุมเป็นลูกเต๋าที่เกือบจะเพอร์เฟ็กต์ออกมาได้อย่างไร

นักวิจัยจึงได้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขึ้นมา พวกเขาพบว่าลำไส้ส่วนที่แข็ง การบีบตัวก็จะทั้งเร็วและแรง ซึ่งจะช่วยบดให้ก้อนอุจจาระด้านในมีผิวที่ราบเรียบ

ในขณะที่อีกส่วนที่อ่อนนุ่มกว่าก็จะค่อยๆ กดอัดบีบตัวก้อนกากอาหารจนมีลักษณะเป็นเหลี่ยมมุม

และท้ายที่สุด ก็จะได้ก้อนขี้ทรงลูกเต๋าออกมาอวดโฉมให้โลกได้เห็น

แบบจำลองสามมิติของก้อนอุจจาระทรงเหลี่ยมของวอมแบต (Yang et al 2020)

แต่คำถามคือ ทำไมก้อนขี้จึงต้องมีสัณฐานเป็นเหลี่ยมมุมลูกเต๋าแบบนี้ มันมีประโยชน์อะไรกันแน่กับวอมแบต?

“เป็นไปได้ว่าก้อนขี้ทรงสี่เหลี่ยมแบบนี้น่าจะมีโอกาสที่จะกลิ้งตกลงมาจากก้อนหินได้น้อยกว่า แถมยังโดดเด่นเห็นได้ชัด ทั้งรูปทั้งกลิ่น” สกอตต์ คาร์เวอร์ (Scott Carver) นักนิเวศวิทยาสัตว์ป่าจากมหาวิทยาลัยทาสมาเนีย หนึ่งในทีมวิจัยอธิบาย

แต่คำถามอีกข้อหนึ่งที่น่าสนใจคือรู้แล้วได้อะไร ว่าขี้ก้อนเหลี่ยมๆ นั้นสร้างขึ้นมาได้อย่างไร ในลำไส้วอมแบต

หรือว่าทำได้แค่ตีพิมพ์เป็นงานวิจัยขึ้นหิ้งสวยๆ อีกหนึ่งงาน?

“กลไกการบีบตัวที่เป็นเอกลักษณ์ไม่เหมือนใครของลำไส้วอมแบต ที่ทำให้ได้ลูกเต๋าก้อนขี้นี้ อาจจะเป็นประโยชน์ในการพัฒนาระบบการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์จากวัสดุอ่อนนุ่ม (soft matter) ใหม่ๆ ที่มีมูลค่าสูงได้” เดวิด ฮู (David Hu) วิศวกรจากจอร์เจียเทค ให้สัมภาษณ์

“องค์ความรู้ในเรื่องรูปร่างของก้อนอุจจาระจะช่วยให้เราประเมินสุขภาพวอมแบตในที่เพาะเลี้ยงได้ คือบางทีก้อนกากมันไม่ได้จะเหลี่ยมเท่ากับพวกที่เจอในป่า และเป็นที่รู้กัน ยิ่งเหลี่ยมมุมชัดเท่าไร วอมแบตก็สุขภาพดีเท่านั้น”

QR code สำหรับอ่านเปเปอร์งานวิจัยไข่พยาธิใน PLoS Neglected Tropical Diseases

ที่จริงแล้วแนวคิดในการวินิจฉัยโรคจากอุจจาระไม่ได้พึ่งมีมาใหม่

ในปี 2012 มีเปเปอร์หนึ่งที่ตีพิมพ์ในวารสาร PLoS Neglected Tropical Diseases ซึ่งถือเป็นวารสารชั้นนำในด้านโรคเขตร้อน ที่ตั้งชื่อได้สะดุดมากๆ สำหรับผม “An In-Depth Analysis of a Piece of Shit : Distribution of Schistosoma mansoni and Hookworm Eggs in Human Stool”

หรือถ้าแปลไทยก็จะเป็น “การวิเคราะห์ขี้ก้อนหนึ่งอย่างลึกซึ้ง : การกระจายตัวของไข่พยาธิปากขอและพยาธิใบไม้ในเลือดในอุจจาระของมนุษย์”

ซึ่งจะเน้นในการวิเคราะห์อุจจาระในรูปลักษณ์ต่างๆ เพื่อหาแบบแผนในการกระจายตัวของไข่พยาธิปากขอและพยาธิใบไม้ในเลือด ซึ่งถ้ามีเวลาต้องลองไปโหลดมาดูเองครับ ภาพในเปเปอร์มันพีกมาก (และเปเปอร์นี้โหลดได้ฟรี)

ซึ่งไอเดียวินิจฉัยโรคนี้น่าสนใจ เพราะถ้าเราสามารถเข้าใจที่มาของการเกิดรูปร่างของก้อนอุจจาระในเชิงพลศาสตร์ของไหล (fluid dynamics) ได้อย่างถ่องแท้ เราก็อาจจะพัฒนาอัลกอริธึ่ม หรืออาจจะดีกว่านั้น ปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence) ที่จะช่วยวินิจฉัยโรคต่างๆ เช่น มะเร็งลำไส้ โดยการวิเคราะห์รูปทรงของก้อนอุจจาระจากผู้ป่วยก็อาจจะเป็นได้

แพทริเซีย หยาง (Patricia Yang) หนึ่งในทีมนักวิจัยจากจอร์เจียมีไอเดียบรรเจิดกว่านั้น “ฉันก็ไม่รู้เหมือนกันนะว่าผู้คนจะสนใจไส้กรอกสี่เหลี่ยมหรือเปล่าในอนาคต แต่นี่อาจจะเปลี่ยนวิธีที่เราขึ้นรูปวัตถุอ่อน หรือใช้ในการผลิตหุ่นยนต์ยืดหยุ่น (soft robot) ได้ในอนาคต”

ก็ถ้าเมลอนสี่เหลี่ยมยังขายได้ ทำไมจะเอาแนวคิดเรื่องประติมากรรมก้อนขี้ของวอมแบตมาประยุกต์ทำไส้กรอกสี่เหลี่ยมขายไม่ได้กันเล่า?

เพียงแต่ว่าจะโอชารสแค่ไหนนั้น คงต้องลุ้นกันอีกที…อึ๋ยยยยยย

งานวิจัยสุดประหลาดนี้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Soft matter

บทความก่อนหน้านี้Neuroarchitecture : เมื่อสถาปัตยกรรมส่งผลต่อสมอง และทิศทางใหม่ในการออกแบบเมือง? (จบ) / พื้นที่ระหว่างบรรทัด ชาตรี ประกิตนนทการ