เคยสงสัยกันไหมว่า พี่ช้าง น้องหมา หรือหนูบ้านมอมแมม ใช้เวลาฉี่เท่ากันหรือเปล่า? ขนาดตัวต่างกันก็น่าจะทำให้ใช้เวลาฉี่ต่างกัน? นักวิทย์ตาดีนั่งสังเกตสารพัดสัตว์เบ่งฉี่ จนพบ“กฏของการฉี่” ว่าแม้มีขนาดต่างกันแต่ใช้เวลาฉี่เท่ากันที่ 21 วินาที!
ช่วงนี้นายปรี๊ดวนเวียนๆ อยู่กับเรื่องฉี่แต่อย่าพึ่งเบื่อนะครับ เพราะเรื่องฉี่มันมหัศจรรย์อยู่ไม่น้อย เมื่อครั้งก่อนได้เล่าเรื่องฉี่ของน้องหมากับวัฎจักรไนโตรเจนกันไปแล้ว แม้จะดูเป็นเรื่องไม่เป็นเรื่อง แต่การศึกษาการเปลี่ยนแปลงวัฏจักรของไนโตรเจนในธรรมชาติ ถือว่าเป็นเทรนด์ใหม่ล่าสุดของปัญหาสิ่งแวดล้อมระดับสากล ที่ต้องเฝ้าระวังธาตุไนโตรเจนส่วนเกินที่รั่วไหลจากชุมชนเมืองและการเกษตร ซึ่งกำลังจะกลายเป็นปัญหาใหญ่ของโลกในเวลานี้
ค้นไปค้นมาก็เจอบทความเรื่อง “กฎของการฉี่” ปรากฏอยู่บนเว็บเพจของสำนักข่าววิทย์ระดับโลกยอดนิยมเกือบทุกเพจ สำหรับนายปรี๊ด จุดขายของข่าวไม่ได้อยู่ที่ที่แนวความคิดแหวกแนว หรือความแปลกของผลสรุป แต่สิ่งที่น่าสนใจคือวิธีคิดที่ผสมผสานระหว่างแนวคิดทางฟิสิกส์ ชีววิทยา และวิศวกรรม รวมไปถึงวิธีการเก็บข้อมูลที่ใช้ประโยชน์จากโลกไซเบอร์ที่มีวิดีโอออนไลน์ให้นั่งสังเกตเพิ่มเติมจากการนั่งศึกษาในสวนสัตว์หรือฟาร์มปศุสัตว์ตามวิธีการการเดิมๆ ไปจนถึงคำถามว่า “แค่เรื่องสัตว์ฉี่...งานแบบนี้จะเสียเวลาวิจัยไปทำไม?”
“กฏของการฉี่” หรือ “Law of Urination” เป็นงานวิจัยที่ผสมผสานระหว่างการศึกษาร่วมของทีมวิศกร นักฟิสิกส์ และนักชีววิทยา จาก Georgia Institute of Technology โดยสิ่งที่สนใจไม่ใช่เพียงแต่เรื่องของพฤติกรรมสัตว์ แต่ลงรายละเอียดถึงการบีบรัดของกล้ามเนื้อช่องท้อง กระเพาะปัสสาวะ และพลศาสตร์ของไหลที่สัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงของโลก...โอ่...แค่เรื่องฉี่! อะไรมันจะซับซ้อนถึงเพียงนี้ (อีกหน่อยอาจจะมีวิชาพลศาสตร์ของการฉี่ขึ้นมาตีคู่กับพลศาสตร์ของไหลก็เป็นได้)
กระบวนการเบ่งฉี่ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นเรื่องซับซ้อนที่ธรรมชาติสร้างมาให้เราอย่างน่าภาคภูมิใจ ระบบขับถ่ายของสัตว์ที่มีวิวัฒนาการขั้นสูงซับซ้อนกว่าปลา นก และสัตว์เลื้อยคลาน ซึ่งไม่มีการแยกระบบขับถ่ายเป็นของเหลวและของแข็ง แต่ก็ทำให้เราต้องใช้กล้ามเนื้อหลายส่วนในการขับของเสียชนิดน้ำออกจากร่างกาย เช่น กล้ามเนื้อช่องท้อง กระเพาะปัสสาวะ รวมไปถึงการวางท่าทางการฉี่ ที่ต้องสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงของโลก การศึกษาในสภาวะไร้น้ำหนักในอวกาศพบว่า หนูทดลองต้องยืนด้วยสองขาหลังและใช้เวลาเบ่งฉี่นานกว่าปกติหลายเท่าเพราะไม่มีแรงโน้มถ่วงช่วยขับออกมา
ขนาดของกระเพาะปัสสาวะและท่อนำปัสสาวะจึงมีผลอย่างมากต่ออัตราการไหลของฉี่ ผู้ชายสูงอายุที่มีอาการต่อมลูกหมากโตทำให้ท่อนำปัสสาวะถูกกด ส่งผลให้ต้องเบ่งฉี่อย่างทรมาน ส่วนคนที่โรคอ้วนรุมเร้า หรือสตรีมีครรภ์ทำให้มีแรงดันในช่องท้องสูงขึ้นทำให้ต้องฉี่บ่อยๆ เป็นต้น การศึกษาระบบการขับถ่ายปัสสาวะในคนเราถือว่ามีการศึกษาค่อนข้างละเอียดในด้านการแพทย์ แต่ในสัตว์อื่นๆ ที่มีขนาดตัวต่างๆ กัน ระบบปัสสาวะยังถือว่าเป็นเรื่องลึกลับมาก เพียงคำถามว่า “เหล่าสรรพสัตว์ใช้เวลาฉี่เท่ากันไหม?” ก็ยังไม่มีใครตอบได้
ทีมวิจัยนี้ศึกษาสัตว์ 5 ชนิด คือ ช้าง วัว แพะ หมา หนู ที่มีทั้งขนาดร่างกายและปริมาตรการบรรจุของกระเพาะปัสสาวะต่างกัน ตั้งแต่ 100 มิลลิลิตร ไปจนถึงเกือบ 200 ลิตร โดยการศึกษาจากวิดิโอเร่งความเร็วร่วมกับการวัดอัตราการขับถ่ายปัสสาวะของสัตว์ในสวนสัตว์เมืองแอตแลนตา และศึกษาภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ที่กำลังเบ่งฉี่อีก 30 ชนิดจากวิดีโอออนไลน์ในเว็บไซต์ยูทูบ เรื่องน่าสนุกก็คือ พวกเราอาจเห็นวิดีโอสัตว์ฉี่เป็นเรื่องตลก เอาไว้เปิดแกล้งเพื่อนให้หัวเราะกันจนหน้าแดง แต่ทีมวิจัยไม่ได้มองว่ามันไร้สาระ เพราะนั่นคือตัวอย่างออนไลน์จากที่สังเกตได้ใกล้มือที่สุด ถือว่าใช้เรื่องตลกมาทำให้เกิดสาระได้อย่างน่าทึ่ง!
ผลสรุปก็คือ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ทำการศึกษาทั้ง 5 ชนิด ใช้เวลาฉี่เฉลี่ย 21 วินาที (+/- 13 วินาที) แม้จะใช้เวลาแตกต่างกันไปบ้างแต่ไม่หนีกันมากนัก เช่น หมาพันธุ์เกรทเดนมีกระเพาะปัสสาวะขนาด 1 ลิตร ใช้เวลาฉี่ 24 วินาที ในขณะที่ช้างซึ่งมีกระเพาะปัสสาวะขนาดบรรจุเกือบ 200 ลิตร ก็ใช้เวลาเท่าๆ กัน คือ 22 วินาที จากนั้นก็นำข้อมูลจากสัตว์ที่ศึกษาทั้งหมดมาหาสมการ โดยใช้ปัจจัยของแรงบีบของกล้ามเนื้อมัดต่างๆ ปริมาตรบรรจุของกระเพาะปัสสาวะ เวลาและอัตราการไหลของฉี่ แรงโน้มถ่วง และสมบัติทางพลศาสตร์ของไหล มาคำนวณร่วมกัน จนสรุปออกมาเป็น “กฏของการฉี่” คือแม้มวลร่างกายแตกต่างกันก็จะใช้เวลาขับฉี่ออกจากกระเพาะปัสสาวะเท่ากัน
ประโยชน์ของการศึกษานี้คืออะไร? นายปรี๊ดจินตนาการได้ไม่หมดว่าเราจะใช้ประโยชน์อะไรจากงานวิจัยสุดโต่งแบบนี้ แต่สิ่งที่น่าคิดคือเราคงต้องย้อนไปดูถึงทีมวิจัยว่ามาจากภาคส่วนไหนบ้าง? โดยปกติแล้วถ้าพูดถึงเรื่องการฉี่ กระเพาะปัสสาวะ ฯลฯ เราคงนึกถึงการใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ เช่น การสังเกตสิ่งผิดปกติของอัตราการไหลของปัสสาวะในคนหรือสัตว์เศรษฐกิจ หรือการทำกระเพาะปัสสาวะเทียม แต่ถ้าในมุมมองของนักฟิสิกส์และวิศกรล่ะ เค้ามาสนใจอะไรกับอวัยวะเบ่งฉี่?
ถ้านายปรี๊ดเป็นวิศกรคงกำลังจินตนาการไกลถึงอ่างเก็บน้ำขนาดเล็กที่มีระบบบีบอัดน้ำ ส่งผ่านท่อส่งน้ำที่คำนวณอย่างดี เพื่อรองรับปริมาตรน้ำที่เหมาะสมและมีแรงอัดสูงในเวลาสั้นๆ แต่ต่อเนื่องเพื่อผลิตไฟฟ้าแทนเขื่อนขนาดใหญ่ที่ต้องทำลายระบบนิเวศจนหลายประเทศต้องทุบทิ้ง หรือกางเกงพิเศษที่มีกล้ามเนื้อช่องท้องจำลองสำหรับมนุษย์อวกาศที่ต้องเบ่งฉี่ในสภาวะไร้น้ำหนัก รวมถึงปรับใช้ได้กับผู้ป่วยอัมพาตบนเตียงตนไข้ที่ไม่สามารถควบคุมกล้ามเนื้อส่วนล่างของตนเองได้
งานวิจัยหลายเรื่องอาจมีจุดขายที่คนสนใจเพราะความแปลก หรือหัวเราะอารมณ์ดีกับความคิดแหวกแนวของผู้วิจัย แต่หากเราลงไปคลุกคุ้ยถึงรายละเอียดที่ซ่อนอยู่ กลับสร้างแรงบันดาลใจได้แบบสุดขั้ว เรื่อง “กฏของการฉี่ 21 วินาที” จึงไม่ใช่เรื่องสกปรกที่ชุกอยู่แค่ในห้องน้ำเหมือนวันวาน แต่วันข้างหน้าอาจเป็นฐานคิดให้เกิดนวัตกรรมใหม่ๆ ที่เปลี่ยนโลกได้...ใครจะรู้?
อ้างอิง Yang, P.J., J. C. Pham, J. Choo and D. L. Hu. Law of Urination: all mammals empty their bladders over the same duration. [physics.flu-dyn]. http://arxiv.org/abs/1310.3737. 15 Oct 2013
เกี่ยวกับผู้เขียน
“นายปรี๊ด” นักศึกษาทุนปริญญาเอกด้านชีววิทยา ซึ่งมีประสบการณ์ในแวดวงวิทยาศาสตร์อย่างหลากหลาย ทั้งงานสอน บทความเชิงสารคดี ผลงานตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ ทำสื่อการสอน ของเล่นเชิงวิทยาศาสตร์กรรมการตัดสินโครงงาน วิทยากรบรรยายและนักจัดกิจกรรมเพื่อการจุดประกายวิทยาศาสตร์จากสิ่งใกล้ตัว
ติดตามอ่านบทความของนายปรี๊ดที่จะมาแคะคุ้ยเรื่องวิทย์ๆ...สะกิดต่อมคิด ให้เรื่องเล็กแสนธรรมดากลายเป็นความรู้ก้อนใหม่ ได้ทุกวันอาทิตย์เว้นอาทิตย์
