October 24, 2013

by Bob Yirka , Phys.org

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Credit: puppy-training-solutions

(Phys.org) – Forscher am Georgia Institute of Technology haben entdeckt, dass Säugetiere ab einer bestimmten Größe dem entsprechen, was sie als „Gesetz des Wasserlassens“ bezeichnet haben — das heißt, Säugetiere aller Größen, berichten sie, brauchen ungefähr 21 Sekunden, um ihre Blase zu entleeren. Das Forschungsteam begnügte sich nicht damit, vorhandene Daten zu verwenden, sondern führte Feldarbeiten durch — besuchte Zoos und andere Orte, an denen Tiere leben —, wo sie die Tiere beim Urinieren (oder medizinisch gesehen — beim Miktionsvorgang) filmten. Sie haben ein Papier geschrieben, in dem sie ihre Abenteuer und Ergebnisse beschreiben, und es auf dem Preprint-Server arXiv für diejenigen veröffentlicht, die ihre Arbeit überprüfen möchten.

Die von Professor David Hu geleitete Studie begann als strömungsmechanisches Rätsel: Wie lange sollten Tiere unterschiedlicher Größe brauchen, um zu pinkeln?- eine scheinbar berechtigte Frage angesichts der Größenunterschiede nicht nur der Tiere, sondern auch der Körperteile, die sie zur Entlastung ihrer Blase verwenden. Das Team stellt fest, dass zwei Hauptteile beteiligt sind: die Blase und die Harnröhre — die strohartige Röhre, die den Urin von der Blase zur Außenwelt transportiert. Sie stellen fest, dass die Schwerkraft ein Problem mit der Urinierungsmechanik ist — große Tiere wie Elefanten (die bis zu 42 Gallonen in einer Freisetzung ablassen können) neigen dazu, die Schwerkraft die ganze Arbeit machen zu lassen. Kleinere Tiere wie Hunde oder Ziegen verwenden Muskeln, um den Prozess zu unterstützen.

Hu überließ es seinem Team (von Studenten), Felddaten zu sammeln und Tiere an verschiedenen Orten aufzuzeichnen, während sie sich hoffentlich erleichterten, ohne die Aufmerksamkeit anderer auf sich zu ziehen, die sich Sorgen machten, dass sie weniger als wissenschaftliche Vorstellungen hätten, um mehr zu erfahren. Bei der Untersuchung der Videos, zusammen mit anderen auf YouTube gefunden, Das Team entdeckte, dass unabhängig von der Größe, Alle ihre Probanden schienen ungefähr die gleiche Zeit zu brauchen, um den Job zu beenden. Darüber hinaus stellten sie fest, dass die Körperteile, mit denen die Tiere urinierten, in Bezug auf die Größe tendenziell die gleichen Proportionen hatten.Hu und sein Team spekulieren nicht darüber, warum Tiere, die größer sind als Fledermäuse und Ratten (sie brauchen nur eine Sekunde zum Urinieren), ungefähr die gleiche Zeit zum Pinkeln brauchen, aber beachten Sie, dass die Natur dafür gesorgt zu haben scheint, dass es nicht zu lange dauern würde. Bei Elefanten zum Beispiel ist die Harnröhre so lang, dass der Urin beim Fallen schneller wird und wie ein Feuerwehrschlauch aus dem Tier platzt. Sie stellen auch fest, dass sie keine Menschen getestet haben, obwohl sie vorschlagen, dass die Menschen wahrscheinlich auch dem Gesetz des Wasserlassens entsprechen, solange sie gehen, wenn ihre Blasen voll sind, anstatt wenn es einfach bequem ist.

Weitere Informationen: Gesetz des Urinierens: Alle Säugetiere entleeren ihre Blasen über die gleiche Dauer, arXiv:1310.3737 arxiv.org/abs/1310.3737

Zusammenfassung
Das Harnsystem entwickelte sich, um Flüssigkeiten schnell und effizient aus dem Körper auszustoßen. Trotz einer langen Geschichte erfolgreicher urologischer Behandlungen bei Mensch und Tier hat die Physik des Urinierens vergleichsweise wenig Beachtung gefunden. In dieser kombinierten experimentellen und theoretischen Untersuchung, Wir klären die Hydrodynamik des Wasserlassens über fünf Größenordnungen in der Tiermasse auf, von Mäusen bis Elefanten. Mit High-Speed-Fluiddynamik-Videos und Durchflussmessung im Zoo Atlanta entdecken wir das „Gesetz des Urinierens“, das besagt, dass Tiere ihre Blasen über eine nahezu konstante Dauer von durchschnittlich 21 Sekunden (Standardabweichung 13 Sekunden) entleeren, trotz eines Unterschieds im Blasenvolumen von 100 ml bis 100 L. Dieses Kunststück wird durch die zunehmende Harnröhrenlänge großer Tiere ermöglicht, die die Schwerkraft und die Durchflussrate verstärkt. Wir zeigen auch die Herausforderungen des Harnsystems für Nagetiere und andere kleine Säugetiere, bei denen der Urinfluss auf einzelne Tropfen beschränkt ist. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich die Harnröhre als flusssteigerndes Gerät entwickelt hat, das es ermöglicht, das Harnsystem zu vergrößern, ohne seine Funktion zu beeinträchtigen. Diese Studie kann bei der Diagnose von Harnproblemen bei Tieren helfen und das Design skalierbarer hydrodynamischer Systeme inspirieren, die auf denen in der Natur basieren.

Informationen zur Zeitschrift: arXiv

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