為什麼有的大便會漂在水面上?

當我們以為文明的發展已經解決了大部分生存困境,總有一些問題會讓我們意識到,我們對這個世界仍然一無所知:例如宇宙從哪裡起源,時間的本質是什麼,和今天的大便為什麼會漂起來

衛生間似乎總能引發人類本能的觀察慾望,完成必要的排泄動作之後,我們總要忍不住扭頭檢查,試圖根據排泄物的狀態,判斷自己的身體狀況。

在這種時候,偶爾漂浮、偶爾沉底的大便就會讓人有些緊張。你或許也聽說過一些傳聞,有時大便能夠浮起來,是因為其中含有較多脂肪,導致整體密度過低——這也被稱為“脂肪瀉”,代表著消化不良和某些胃腸道疾病。

然而,美國胃腸病學家威廉·杜安(William Duane)和同事在近半個世紀前就曾做過統計,在健康人中,有10%~15% 的人排出的大便經常浮在水面上。難道這麼多看似健康的人,也患有脂肪瀉嗎?這實在不太合理。因此。他們開始懷疑糞便中的另一種低密度成分——氣體

浮起來的便便

杜安對這個問題的熱情,至少有一部分來源於他自己。據杜安的同事邁克爾·萊維特(Michael Levitt)回憶,杜安曾偷偷告訴他,自己的大便總是漂在水面上(然後這件事就被指名道姓地寫在了兩人共同發表的論文裡),並提議展開一些研究。

括號中的WCD就是杜安名字的縮寫(圖片來源:原論文)

杜安自己欣然成為了第一個研究對象——和萊維特聊完天2小時後,他就拿來了一段糞便。兩人將這段糞便放入燒瓶中,給燒瓶加壓,原本漂浮在水面上的糞便很快就沉到了水底。

他們隨即擴大了實驗範圍,找來了33 名健康的志願者,其中9 人的糞便經常浮在水面上。他們這次把糞便小心切成小塊(用的是切奶酪的線刀,因為“只有這種刀不會把糞便內的氣體釋放出來”),加負壓使糞便中的氣體逸出,並且測量脫氣前後糞便的比重和成分。

結果顯示,加壓脫氣後,原本漂浮的糞便比重大幅增加,達到了和下沉糞便相近的比重。也就是說,讓便便浮起來的,其實是裡面的氣體。

這樣的分析還回答了人們關於脂肪瀉的擔憂:糞便的成分顯示,糞便是否漂浮與脂肪含量並沒有關係。進一步計算也能說明,靠脂肪讓正常糞便漂起來不太可能。平均每人每天排出的糞便量約為125 克,而實驗中漂浮糞便的比重最低為1.0916。因此還需添加約125 克脂肪,才能使糞便僅靠非氣體成分漂浮在水面上。

可這些氣體是哪裡來的呢?在這項實驗裡,杜安還發現,漂浮的糞便中普遍含有高濃度的甲烷,而碳水化合物在腸道內被一些細菌發酵後恰好也能產生甲烷。因此,他們懷疑這種氣體來自糞便中的腸道細菌

浮還是沉?這是個問題

杜安沒有給出更進一步的論證,但最近,美國梅奧診所(Mayo Clinic)的納加拉詹·卡納安(Nagarajan Kannan)再次關注起了這個問題。這次,他們確定了這些氣體的源頭就是微生物,而不是我們吞嚥等行為攝入的氣體

作為乾細胞和癌症生物學家,卡納安的一類重要實驗對象就是無菌小鼠。它們從出生就處於無菌環境,呼吸著無菌空氣,被飼餵無菌食品,體內完全沒有微生物存在

卡納安和同事注意到,實驗室裡的常規小鼠(體內有微生物)的糞便,有的會浮在水面上,有的會下沉,比例大約為1:1。但無菌小鼠的糞便都是沉下去的,這讓研究團隊懷疑,微生物——更具體地說,腸道微生物,正是糞便漂浮的“真兇”。

不過,有的沉有的浮,說明水可能還不夠“靈敏”。為了更好地區別常規小鼠和無菌小鼠的糞便,他們經過嘗試,最終調配了一種固定劑溶液(Trump’s fixative phosphate-buffered solution,TPS)。這種溶液的比重恰好能夠區分常規小鼠和無菌小鼠的糞便——常規小鼠的都會浮起來,而無菌小鼠的都會沉下去。

在TPS溶液中,無菌小鼠的糞便均會下沉(左),而常規小鼠的糞便均會漂浮(右)。(圖片來源:原論文)

你的生活體現在這裡

接下來就可以著手研究,究竟是不是微生物改變了小鼠糞便。

研究團隊將無菌小鼠分為4 組,其中一組始終處於無菌狀態,第二組被飼養在常規環境中,讓它們逐漸獲得微生物。而其餘兩組則分別接受了糞便微生物移植——一組接受來自常規小鼠的糞便,另一組接受來自人類的糞便

經過3 星期後,研究者果然發現,原本糞便還在TPS 溶液中“沉底”的小鼠,在擁有腸道微生物後,糞便都浮了起來。而且,通過不同方式獲得腸道微生物的小鼠,糞便漂浮的時間不同。那些移植了常規小鼠糞便微生物的個體最先漂浮,隨後是人類糞便移植組,最慢的是在環境中自然獲取微生物的小鼠。

小鼠的糞便一半會放入TPS溶液,另一半會測量重量、DNA和微生物密度

現在,糞便漂浮的原因已經很明確了,它來自腸道微生物產生的氣體,而不是來自吞嚥的空氣或其他來源

更有趣的是,因為人類糞便移植組的糞便提供者有兩個人,研究團隊發現,其中一個人的糞便微生物,讓小鼠的糞便更快地浮了起來。研究團隊推測,這個人的腸道微生物中,或許有更多的產氣微生物

目前,研究團隊依然無法確定具體是哪種,或是哪些微生物導致了糞便漂浮在水面上,但他們嘗試提供了一個名單:

通過分析小鼠糞便的宏基因組,研究團隊找到了11 屬13 種的產氣微生物,其中包括擬桿菌(Bacteroides)、梭菌(Clostrtidium)、脫硫弧菌(Desulfotomaculum)等。在小鼠糞便中,最豐富的是卵形擬桿菌(Bacteroides ovatus),這也是人體腸道中備受關注的一種微生物。

這正是卡納安接下來想解決的問題,他希望將人類糞便中的微生物分別植入無菌小鼠的腸道,來看是哪些產氣細菌影響更大。

儘管目前仍沒有證據顯示,糞便漂浮與健康狀況是否有關。不過,考慮到我們的飲食、遺傳、出生方式、生長環境、同居人和社交生活等都會影響腸道菌群,所以從另一個角度說,這些信息其實都隱藏在了你漂浮(或是沉底)的便便裡

還挺浪漫的,對吧?