文／胡立德（David L. Hu）

一年前，我的心情非常低落。我兒子哈利誕生了，妻子和我分工合作，她負責餵食，而我則負責代謝系統的另一端──換尿布。哈利精力非常充沛，覺得任何事物都很好玩，換尿布的時間到了的時候，他會試圖爬走，躲在沙發後面，一邊咯咯笑，一邊尖叫。全身沾滿灰塵的我最終會抓到他，把他帶到換尿布的桌子上，而他則會不斷揮舞著小手小腳，我把尿布脫下來後，他又笑得更大聲了。這就是當父親的日常，直到有一天， 他的尿柱直直射在我胸口上。

我從來沒有被尿過，胸口慢慢湧上一股怒氣，腦海中傳來妻子的聲音，告訴我應該大聲數數，讓自己冷靜下來。1、2、3，我一直數，尿也一直來。漸漸地，噴射水柱變成涓涓細流，在我數到21秒時停了下來。幫他穿尿布時，我心想，他尿得可真久，可能有點太久了。

對一個4.5公斤的孩子來說，哈利的膀胱還真大。腎臟會過濾血液中的尿素，形成尿液，因此尿液量應該和體內的血液量成正比，可是，我的體重至少是我兒子的10倍，我的血液量應該也是他的10倍，照理說尿液也應該會是他的10倍才對。但他尿尿的時間為何這麼久？我開始擔心了，我把兒子放在地上，到浴室把自己清乾淨。我看見馬桶，決定來做個實驗，我把褲子脫掉，一手扶著牆壁，開始數數， 這是我這輩子最重要的一次排尿。1、2、3……我數到了23秒。我心想：哇，我兒子已經能像個男人一樣尿尿了！我應該用希臘神話中的海克力士來給他取名。我兒子的尿液量是我的1/10，但為何能尿得跟我一樣久？

來自台灣的優秀女科學家

我兒子尿在我胸口的那天，我也剛好要教大學部的流體力學課，我找來楊佩良（Patricia Yang），她是個高大開朗的台灣研究生，在台灣念的是物理學和海洋工程學。我給他們幾個碼表和一個我以前用來收集螞蟻的髒兮兮的水桶，並告訴他們，請帶著這些東西到亞特蘭大動物園，若沒有將那裡所有動物的排尿時間都記下來，就不要回來。

帶著桶子和碼表突襲動物園是需要受過適當訓練的。她和這些大學生一起到附近的公園練習接住狗尿，這個任務比我當初預期的還要困難，我最初的想法是，拿著塑膠杯跟在狗的屁股後面，試圖接住牠們的尿，但這卻演變成我實驗室裡最失敗的實驗。我們每次看見狗在撒尿時，就會像美式足球隊員要截球一樣衝上前去，狗狗當然會看到我們，並馬上驚慌起來，只尿到一半就停了下來，一邊往反方向跑，一邊對我們吠叫。使用這個方法，我們一滴尿也收集不到。隨著時間過去，我們改善了做法，使用訓練狗狗的尿布墊來收集狗尿，接著秤秤看尿布增加的尿有多重，再利用尿的密度（和水差不多）來算出尿的體積。佩良和她的學生們也到附近的農場進行類似的實驗，測量到山羊、綿羊和牛的排尿時間和尿量。現在經過充分訓練後，他們就要去對付動物園裡的動物了。這些動物必須待在圈欄內，好讓大家都安全無虞。

幾個星期的辛苦工作後，他們從動物園回來，全身覆滿塵土，被尿噴得到處都是，而且看起來還滿失望的。我問他們怎麼了，他們說自己非常認真工作，但是卻沒有得到什麼有趣的結果。他們測量了超過40種動物的排尿時間，但發現每種動物的排尿時間都差不多，超過七成的排尿時間介於0～30秒，平均值為21秒。

大家都一樣

我驚呼：「這就是最有趣的發現啊！」我們仔細查看數據，我的眼睛瀏覽過他們研究的各種動物，包括狗、山羊、貓熊、犀牛和大象，但沒有對飲食、性別或排尿的時間點進行控制。即便整個實驗都沒有進行變因控制，但這些動物的排尿時間卻驚人地一致。

有些人可能會說，10～30秒的範圍很大，但有一件事必須牢記，那就是每種動物的膀胱容量間差異很大。我的狗狗傑瑞的膀胱容量大約是一個杯子，大象的膀胱容量則是這個數字的100倍強，能夠填滿一個20公升的廚房垃圾桶，你會以為大象尿尿的時間是傑瑞的100倍，或至少也要有10倍久，然而，這兩種動物清空膀胱的時間卻差不多，最多只差2倍。我在研討會上很喜歡請科學家同僚們猜猜大象尿尿會花多少時間，多數人會給我一個骯髒的表情，或是乾脆忽視我的問題，如果我繼續問下去，他們給的答案通常都是1分鐘左右，沒有人猜得到大象和我兒子尿尿的時間一樣長。

我和學生們仔細推敲了數百種哺乳動物泌尿解剖系統，我們發現，雖然動物有各種形狀和大小，但在泌尿系統的演化上卻是非常一致。在所有哺乳動物的身上，泌尿系統都是從一個稱作膀胱、類似氣球的尿液儲存構造開始，膀胱下面有一條長長的管子，醫生稱之為尿道，我則叫它尿尿管。我兒子哈利很喜歡跟他妹妹說，只有他有尿尿管，而我必須告訴他，他搞錯了。男性和女性都有尿道，長度和直徑的比分別是25:1和17:1，而且，這些比例不只在人類一致，從老鼠到大象的所有哺乳動物也一樣。尿道雖然無所不在，但在我們進行這項研究時，沒有科學家知道哺乳動物到底為何會需要演化出尿道。

為什麼一定是21秒？

事實上，哺乳動物在其他方面多會隨著體型不同而有很大的差異：跟小型動物相比，大象的耳朵較大來幫助散熱，腿也比較粗，牠們需要較粗的腿，才能支撐龐大的體重，這些都是體型大造成的結果。倘若大部分的身體部位會隨著體型變大而跟著變大，尿道的長徑比為何會守恆？直覺告訴我，這和尿道的功用有關。

母象的尿道有1公尺長，直徑和你的拳頭一樣大，這樣的尺寸讓大象能以5個蓮蓬頭的流速排尿。較快的流速和較大的尿道截面積代償了較大的膀胱儲尿量，使得大型動物的排尿時間和小型動物一樣。我的研究生佩良算出了排尿時間的數學公式，被我們稱為「排尿定律」（Law of Urination）。她發現，只要尿道的長徑比維持一致，釋出的尿液量便與膀胱的容積無關，而且排尿時間會維持在21秒。這些加速管內流速的原理可以用在水塔、水袋、甚至公寓大廈的設計上。這些原理告訴我們，透過聰明地設計管子的截面積和長度，液體就能在相同的時間內被排出，無論體積為何。

動物是如何演化出相同的尿道比例的？我沒有這個問題的正解，但是我猜，尿道形狀的一致性很可能是「夠好即可」的結果。我猜想，短暫的排尿時間是受獵捕風險所導致的結果，21秒似乎是足以有效降低此威脅的時間長度。若要更短的排尿時間，尿道就必須變得更長，進而造成不便；或是變得更寬，進而使寄生蟲容易進駐。這些演化壓力可能都是讓尿道長徑比維持一致的因素。

本文摘自《破解動物忍術：如何水上行走與飛簷走壁？動物運動與未來的機器人》三民書局出版