De wetenschap achter kakken

Lang geleden beoefenden de Chinezen de kunst van het waarzeggen met poep. Ze konden aan de hand van de vorm, grootte en textuur een diagnose stellen. En ze waren niet alleen. Ook de Oude Egyptenaren en Grieken beoefenden dezelfde kunst. Ook nu vraagt de dokter je nog regelmatig naar je laatste ontlastingsrondje, en of je die misschien even in detail kan toelichten.

Poep kan een ongemakkelijk onderwerp zijn, maar gelukkig hebben we de wetenschap. Ook al is het niet makkelijk bespreekbaar, toch moeten we er over praten. Prikkelbare darm syndroom, darmontstekingen, darminfecties en andere poepgerelateerde ziektes richten jaarlijks ontzettend veel schade aan.

Met onze zoektocht naar de natuurkunde achter ontlasting wilde we niet meer leren over ziektes. Nee, de ware reden is veel onheilspellender.

Een van ons is een werkende vader. En als vader is een van de dagelijkse zorgtaken poepanalyse. Jaren vol luiers en zindelijkheidstrainingen zorgen ervoor dat je een echte poepconnaisseur wordt. Een kakkenner pur sang. Je leven schiet voorbij in een bruine reeks beelden, van harde poepbrokken tot plasjes bruin vocht.

We geloven niet dat je de toekomst kunt voorspellen aan de hand van ontlasting. Maar het is wel interessant om meer te weten te komen alle poepvormen. En juist met dit soort vragen is het handig als je een wetenschapper met een laboratorium bent.

Wij, twee natuurkundigen gespecialiseerd in vloeistofdynamica, werkten voor dit onderzoek samen met darmchirurg Daniel Chu en twee onverschrokken studenten. De studenten, Candice Kaminski en Morgan LaMarca, mochten de ontlasting van 34 zoogdieren in de dierentuin van Atlanta filmen en met de hand onderzoeken, om de dichtheid en de stroperigheid te meten. Een dankbare taak.

Beelden van een olifant in de dierentuin van Atlanta

We ontdekken dat de meeste olifanten, en andere planteneters "drijvers" produceren, terwijl de meeste tijgers, en andere vleeseters, "zinkers" bakken. Charmant is het niet, maar we hebben ook de poep geclassificeerd op een stankschaal. De poep van tijgers en neushoorns is het minst vies. Dat van de panda is het goorst. Alle dieren die we onderzochten poepte in alle vormen en maten.

We gebruikten een rheometer, een soort blender, om de eigenschappen van de vloeistoffen en vaste stoffen in de poep te meten. Normaal gesproken wordt dit apparaat gebruikt voor het testen van shampoo of chocolade. We zaten in het lab met natuurkundige Alberto Fernandez-Nieves en hij gebruikte ook een rheometer. Voor de zekerheid hebben we maar duidelijk gelabeld welke van ons is en welke van hem zodat er geen misverstanden ontstaan.

Wat hebben we geleerd? Grotere dieren hebben langere poep en poepen sneller. Een olifant poept met zo'n zes centimeter per seconde, zes keer sneller is dan een hond. Ter vergelijking: wij mensen poepen met zo'n twee centimeter per seconde.

De poepduur van de meeste diersoorten is ongeveer tussen de 5 en 19 seconden, maar het volume van de drol verschilt enorm. Dat is frappant als je bedenkt dat een olifant ongeveer duizend keer meer kakt dan een hond. Hoe kunnen grote dieren dan zo snel kakken?

We vonden het antwoord in de eigenschappen van een extreem dun laagje slijm op de wanden van de dikke darm. Het laagje is zo dun als een mensenhaar en is 100 keer minder stroperig dan ontlasting. Het is ontzettend glibberig.

Tijdens het poepen, beweegt de ontlasting als een solide brok. De grootte van iemands ontlasting wordt bepaald door de vorm van iemands rectum en dikke darm. Een van de grotere bevindingen van dit onderzoek was dan ook dat poep zich tot ongeveer halverwege je dikke darm zit.

Panda's poepen ook

Door onze data over de lengte van feces en de eigenschappen van het darmslijm hebben we nu een samenhangende theorie over ontlasting. Grotere dieren hebben langere drollen, en een dikkere gladde slijmlaag, en kunnen daardoor hogere kaksnelheid kunnen behalen.

Naast het bevredigen van onze wetenschappelijke nieuwsgierigheid, hebben onze metingen ook een praktische toepassing. Zo hebben we geholpen bij het ontwerpen van een luier voor astronauten. We ontwierpen een luier waarmee astronauten een week lang in hetzelfde pak kunnen zitten. Met ons ontwerp behaalde we de halve finale van de NASA Space Poop Challenge!

Het laat maar weer zien dat wiskunde en natuurkunde overal gebruikt kunnen worden, zelfs op de wc.

Dit verhaal werd oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation