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44.撒尿的原理是什麼?

您肯定能回想起來某種會漏水的浴缸和水龍頭(嘻嘻,都已經漏出好幾個小學生啦),而這種漏,不是說「我們把水管工叫來吧」就能解決的。您以為您已經脫離危險了嗎?還沒有。不正經科學會扯住您襯衫的袖子把您留下來,因為這裡還有一個難題呢,亞特蘭大州喬治亞理工學院的一個研究團隊正在全力攻破,而這道題和我們在座的每個人都有關係,您、我、您岳母大人的貓、貓逮著的耗子、鄰居的狗、表弟的獅子等等都脫不開干係。所有哺乳動物都要解決這個管道問題,因為我們每一個都擁有一個內置的浴缸和水龍頭,分別叫作膀胱和尿道。

2013年11月,這些專家在美國物理學會「水暖設備」(流體動力學)分支的年會上向大家展示了他們的研究成果。開始這項工作,是因為直到現在,都很少有科學家關注過撒尿這個動作所包含的物理原理,好好想一想我們在排泄時所應用的自然機制到底是什麼。對於地球上的哺乳動物而言,到底是什麼力量在主導尿液的排出呢?撒尿,必須要快,沒有無謂的能量消耗(並且還能隨時隨地,想尿就尿)。地心引力肯定起了作用,同時還有逼尿肌的收縮,逼尿肌這個名字有點兒二,人家可是構成膀胱壁的主力,那麼這兩股力量在撒尿中分別出了多少力呢?還有一個問題:我們身體裡那只迷你的有點兒可笑的膀胱,和大型厚皮動物(大象、犀牛等)那大得像個水桶的膀胱,它們的運作機制是一樣的嗎?

為了回答這個問題,研究者必須理論結合實踐。理論部分就是建構在物理條件限制下的模型及相關公式。實踐部分就是在動物園做實驗,實驗配備了一台快拍照相機,研究者們從第一滴尿到第二滴尿之間的任何一滴都不會錯過。他們也手動收集了一些尿液(細節是什麼,我們不得而知),並且還通過Youtube豐富了視頻資料庫(用什麼關鍵詞搜索的,我們也不知道)。實驗做完了之後,一個「諾亞方舟」也做好了,參與實驗的動物有:蝙蝠、老鼠、貓、狗、山羊、獵豹、熊貓、貘、驢、獅子、奶牛、馬、斑馬、野牛、犀牛和大象。怎麼沒有人類?手上拿著量杯和計時器,這四個專家竟然都沒有玩遊戲……真是可悲可歎!

實驗結果是:哺乳動物因為小便的特點被分為兩大陣營:特小和其他。第一陣營裡的小動物們的尿道非常狹窄,撒尿時,毛細作用要大於地心引力的作用。因此,首先是膀胱的壓力讓尿液一滴一滴地排出。而對於其他動物而言,一旦括約肌舒張,一根尿柱就會被排除,主要依靠的是地心引力。因為每種動物的膀胱和它們的體積是成比例的,所以無論是大象120升海量尿液還是小貓少得可憐的尿液,它們被排出體外所需的時間竟然是一樣的。當動物體積到達某個值之後,它們尿尿的速度就會趨於相等,平均用時為21秒。

我們每個人都是一座被忽視的水塔,那麼問題來了,我相信其他撒尿科學死忠粉也一定會對這個問題著迷:我們能倒立著尿尿嗎?