Ein Wombat kann an einem Tag 80 bis 100 dunkle Kotstücke hinterlassen, und beim Nacktnasenwombat besitzen sie flache Seiten und ausgeprägte Kanten. Das bis zu 35 Kilogramm schwere Beuteltier formt diese Körper nicht an einer harten Öffnung, sondern in einem 6 bis 9 Meter langen Darm. Die einzelnen Stücke erreichen mehrere Zentimeter und erinnern eher an kleine, abgerundete Bauklötze als an typische Tierlosung. Wie kann weiches Darmgewebe eine solche Geometrie erzeugen?
Im November 2018 stand die Maschinenbauingenieurin Patricia Yang in Atlanta vor Fachkollegen und berichtete über einen Befund, der zunächst wie ein biologischer Scherz wirkte. In aufgeschnittenen Därmen von Nacktnasenwombats lagen tatsächlich kantige Kotstücke, während weiter vorn im Verdauungstrakt noch breiiges Material zu sehen war. Yang arbeitete am Georgia Institute of Technology mit David Hu zusammen, später kamen Alexander Lee, Scott Carver und weitere Forscher hinzu. Die Tiere waren nach Verkehrsunfällen tierärztlich eingeschläfert worden; das Team nutzte ihre Därme für Messungen, Gewebeschnitte und Belastungstests.
Der Nacktnasenwombat, wissenschaftlich Vombatus ursinus, lebt im Südosten Australiens und auf Tasmanien. Angaben zu Lebensraum und Körperbau sind nachzulesen unter Australian Museum; beschrieben wird ein gedrungener Pflanzenfresser mit kräftigen Grabbeinen, der offene Wälder, Grasland, Heide und Buschland bewohnt. Auf dem australischen Festland liegt die durchschnittliche Kopf-Rumpf-Länge bei knapp einem Meter, das Gewicht meist zwischen 22 und 39 Kilogramm. Vor allem in warmen Monaten verlässt der Wombat seinen Bau nachts und frisst Gräser, Seggen und andere Pflanzen.
Die Facharbeit in Soft Matter nennt für den Nacktnasenwombat 80 bis 100 würfelförmige Kotstücke pro Tag. Sie entstehen aus einer kargen, faserreichen Nahrung, die sehr lange im Verdauungssystem bleibt. Der Darm eines ausgewachsenen Tieres misst ungefähr 6 bis 9 Meter, also etwa so viel wie ein kleiner Stadtbus lang ist. Während der Passage wird dem Nahrungsbrei immer mehr Wasser entzogen. Aus gelblich-grünem, weichem Inhalt wird in Richtung Darmausgang eine dunkle, trockene Masse, die ihre Form deutlich besser halten kann.
Auch die Größe ist weniger perfekt würfelförmig, als viele Fotos vermuten lassen. In der peer-reviewten Untersuchung lagen die Abmessungen fertig geformter Stücke in den letzten 1,5 Metern des Darms bei ungefähr 4 mal 2,3 mal 2,5 Zentimetern. Es handelt sich daher eher um kompakte Quader mit abgerundeten Kanten als um mathematisch exakte Würfel. Ein einzelnes Stück passt ungefähr auf die Fläche einer großen Münze, ist aber deutlich dicker. Die Form ist trotzdem so ungewöhnlich, dass die Autoren sie als einzigartig im Tierreich bezeichnen.
Entscheidend wird die Reise erst kurz vor dem Ende. Die Sektionen zeigten, dass die kubische Form in den letzten 17 Prozent des Darms entsteht. Weiter vorn war das Material noch formlos, weiter hinten erschienen zunächst flache Seiten und anschließend deutliche Kanten. Ein Computertomogramm eines lebenden erwachsenen Weibchens zeigte zugleich eine runde Analöffnung. Damit schied eine ältere Vorstellung aus, nach der der Kot erst beim Austritt wie Teig durch eine kantige Form gepresst werden könnte.
Die Forscher schnitten deshalb den hinteren Darm in Querschnitte und untersuchten seine Gewebeschichten. Rund um denselben Darmring fanden sie Bereiche, die etwa doppelt so dick und bis zu viermal so steif waren wie andere Abschnitte. Die vollständige Untersuchung ist nachzulesen unter Soft Matter. Diese Unterschiede liefern dem weichen Organ eine Art eingebautes Muster: Manche Zonen verformen sich unter Belastung leichter, andere widersetzen sich stärker.
Um den Mechanismus zu verstehen, verband das Team Gewebemessungen mit einem mathematischen Modell. Darin bestand der Darmquerschnitt aus abwechselnd steiferen und weicheren Abschnitten. Bei rhythmischen Kontraktionen zogen sich die steiferen Bereiche schneller zusammen, während die Mitte der weicheren Bereiche langsamer folgte. So entstanden im Modell nach und nach flachere Seiten und stärker ausgeprägte Ecken. Der Kot wird also nicht wie ein Werkstück geschnitten, sondern durch wiederholten Druck in einem elastisch ungleichmäßigen Schlauch geformt.
Schon vor dieser Veröffentlichung hatten Yang und Kollegen mit langen Ballons und nachgebauten Darmmodellen experimentiert, um die unterschiedliche Dehnbarkeit sichtbar zu machen. Die Versuche sind nachzulesen unter Georgia Tech und zeigten, dass bloßes Hindurchschieben einer weichen Masse nicht genügte. Erst nachgeahmte Muskelkontraktionen erzeugten flache Flächen und Ecken. Für die ungewöhnliche Arbeit erhielten Yang, Hu und Kollegen 2019 den Ig-Nobelpreis für Physik, eine Auszeichnung für Forschung, die zunächst zum Lachen und dann zum Nachdenken bringen soll.
In freier Natur finden sich Ansammlungen solcher Kotstücke häufig auf oder neben markanten Steinen, Baumstämmen, kleinen Erhebungen und Baueingängen. Biologen deuten diese Stellen als Latrinen, die wahrscheinlich der geruchlichen oder sichtbaren Kommunikation dienen. Eine verbreitete Erklärung lautet, dass flache Seiten verhindern, dass die Stücke von erhöhten Stellen sofort herunterrollen. Die Facharbeit bezeichnet diese Funktion ausdrücklich als vorgeschlagene Deutung, nicht als bewiesenen evolutionären Zweck. Wombats legen ihren Kot also tatsächlich an auffälligen Punkten ab, doch weshalb sich gerade die Würfelform entwickelt hat, bleibt offen.
Dass Tierkot wissenschaftlich mehr verraten kann als die Anwesenheit eines Tieres, zeigt auch ein anderer Fund: Erdhörnchen-Kot aus Kanada bewahrt Mammut-DNA aus der Eiszeit. Beim Wombat liegt die Information nicht nur im Inhalt, sondern auch in der Form. Feuchtigkeit, Materialeigenschaften und Muskelbewegungen hinterlassen zusammen ein sichtbares Ergebnis, das sich sogar ohne Laborgerät erkennen lässt.
Für Ingenieure ist der Mechanismus interessant, weil technische Würfel und andere kantige Körper normalerweise geschnitten, gegossen oder durch feste Öffnungen gepresst werden. Der Wombat erreicht Kanten dagegen mit weichem Material und einem ebenfalls weichen, unterschiedlich elastischen Gewebe. Die Autoren der Studie nennen deshalb mögliche Anwendungen bei Herstellungsverfahren mit weichen Stoffen. Gemeint ist keine fertige Maschine nach Wombat-Vorbild, sondern ein physikalisches Prinzip: Unterschiedlich steife Zonen können während wiederholter Verformung eine geometrische Form erzeugen.
Auch für die Tierhaltung könnte die Geometrie einen praktischen Hinweis liefern. Die Forscher schlagen vor, Formveränderungen des Kots als nicht invasives Merkmal für Ernährung, Flüssigkeitshaushalt oder Verdauung zu untersuchen. Ob sich daraus ein verlässliches Diagnoseverfahren entwickeln lässt, war nicht Gegenstand der Arbeit. Sicher ist nur der mechanische Kern: Das Zusammenspiel aus Trocknung, wechselnder Darmsteifigkeit und Kontraktionen reicht aus, um Seiten und Kanten entstehen zu lassen.
Am Ende bleibt ein Bild, das in australischem Grasland leicht übersehen werden könnte: ein gedrungener Wombat, ein niedriger Stein und darauf mehrere dunkle, kantige Stücke. Hinter jedem von ihnen liegt eine meterlange Verdauung, deren letzte Strecke wie eine weiche Formmaschine arbeitet. Die runde Öffnung verändert die bereits entstandene Geometrie beim Austritt kaum. Was auf dem Stein wie ein kleiner brauner Bauklotz wirkt, trägt seine Kanten also schon im Darm.
Damit ist das auffällige Ergebnis erklärt, ohne das letzte Rätsel zu lösen. Die Forscher können beschreiben, wie unterschiedliche Gewebesteifigkeiten und Muskelbewegungen die Flächen formen, doch der evolutionäre Vorteil der Würfel bleibt eine begründete Vermutung. Gerade deshalb passt der Fund so gut zu dem ersten Blick auf einen Wombat-Latrinenplatz: Das Tier ist längst weitergezogen, die kantigen Spuren bleiben auf Stein oder Holz liegen.
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