大きなジューシーなお尻の科学的探究

お尻。お尻。お尻。臀部。人体で大臀筋ほど文化的影響力を持つ筋肉はそう多くない。「お尻は指標となる」とジャーナリストのヘザー・ラドケは2022年の著書『Butts: A Backstory』で書いている。ラドケはさらに、お尻に対する私たちの感情は、実際の肉よりも、人種、性別、セックスに関係することが多いと説明している。膝や肘とは異なり、お尻に関しては、人体で最も大きな筋肉であるにもかかわらず、私たちは機能よりも形について考える可能性がはるかに高いとラドケは主張する。

新しいジーンズを試着するとき以外は、私たちはお尻をあまり気にしませんが、お尻は単なる美的装飾ではありません。実際、お尻は進化のユニークな成果です。人間は、あらゆる種の中で、お尻に最も多くの脂肪を持っています。他の多くの生き物は、お尻に筋肉と脂肪が詰まっており、お尻の肉を持つ生き物もいます。しかし、私たち人間と同じような比率のものは存在しません。

では、なぜ私たちの祖先はこのようなユニークなクッションを発達させたのでしょうか。進化生物学者の推測では、形の良いお尻は直立歩行を助けていると考えられます。お尻を突き出させる湾曲した骨盤骨は、体重が上に移動し、筋肉の必要性が変化するにつれて発達したと考えられます。研究により、お尻付近の筋肉が大きくなると、より速く走れるようになり、ランニングの持久力も向上することがますます示唆されています。「お尻は、人間が長距離を安定して怪我なく走るための必須の適応です」とラドケ氏は書いています。

とはいえ、大臀筋はただ立っているだけの役割を担っているわけではありません。大臀筋の上にある脂肪は、座ったり横になったりするときの気分に影響します。また、大臀筋の裏側にある臓器も、私たちの健康と幸福に多大な影響を及ぼします。ここでは、お尻が科学的理解、命を救う医療、そしてエンジニアリングの未来にどのように関わっているかをいくつか紹介します。

古代のお尻を深く掘る

人類が芸術を作り始めて以来、彼らは豊満なお尻について考え続けてきた。3万年前のヴィレンドルフのヴィーナスは、後期旧石器時代の西ヨーロッパ文明によって彫られた有名なポケットサイズの小像である。一部の考古学者は豊穣のお守りとして使われたのではないかと推測しているこの小像は、やめられないほど太った体を永遠に残している。

科学者たちはまた、古代の祖先の実際のお尻をのぞき見るのが大好きで、それは古代の人々とその生活様式の物語を語る上で、より広い考古学的意義を持っています。骨盤やその他の座骨の違いは、発掘された骨格の遺物の性別を判断するために長い間使用されてきましたが、研究者が長い間想定していたほど明確な二分法ではないことが今ではわかっています。1972年、人類学者ケネス・ワイスは、発掘現場で見つかった骨格を男性と分類する専門家は女性と分類する専門家より12％多いと指摘し、これは不明瞭な骨格を男性と分類する偏見によるものだと非難しました。最近の研究はそれを裏付けており、人類学者は現在、歴史的によりもはるかに多くの骨盤の特徴が混在している（または単に不明瞭である）遺物を特定しています。それでも、区別が完全に白か黒かというわけではありませんが、出産のために準備された、または出産によって変化した体の兆候は、古代の遺物の年齢と性別を解明するのに役立ちます。お尻の骨は、人々の暮らしぶりも教えてくれる。今年3月、考古学者らは、人類が乗馬をしていたことを示す最古の証拠をサイエンス・アドバンス誌に発表した。彼らは、股関節や大腿骨、骨盤の摩耗の跡を頼りに、5000年前の騎馬民族（同時期にユーラシア大陸からヨーロッパの大半に広がったヤムナヤ文化の人々）を特定した。

あらゆる形や大きさのお尻をサポート

ジョージア工科大学機械工学部の主任研究科学者、シャロン・ソネンブラム氏は「お尻を研究するより面白いことなどあるでしょうか」と語る。彼女が所属するリハビリテーション工学応用研究室は、おそらくその頭文字をとって「REAR」と呼ばれる方が適切だろう。

ジョージア工科大学の工業デザイン、バイオエンジニアリング、生理学の教授であるスティーブン・スプリグル氏は、車椅子利用者のためのよりよいソリューションを念頭に、REARLab を設立しました。10 年前、スプリグル氏とソネンブラム氏は、長時間座ったり横になったりすることで生じる深刻な臨床問題に対するエンジニアリング志向のソリューションの可能性を見出しました。褥瘡や潰瘍は、軟部組織が長時間表面に押し付けられると常に発生するリスクであり、抗生物質耐性菌が潜んでいることが多い病院環境や、糖尿病など傷の治癒を妨げる病気の患者では、さらに危険になります。

ソネンブラム氏は、一見単純な疑問に答えようとしたことを思い出す。「お尻はなぜ違うのか？」その答えを得るために、彼らは大量のお尻をMRIスキャナーにかけなければならなかった。これらの画像研究やその他の研究（仰向けの患者を対象に行ったものも含む）により、お尻の肉とその中身について前例のない量のデータが得られている。

スプリグル氏によると、大きな見出しは「私たちは大きな水の袋です。その大きな粘液の袋の中で骨格が何をしているのかは、実に興味深いことです」とのこと。

この研究は、大殿筋が座り方にどのような影響を与えるかを研究することにキャリアを捧げるつもりだったソネンブラムにとって、特に謙虚になるものとなった。しかし、彼女と同僚たちは、人間は筋肉で体を支えているのではなく、脂肪こそが本当に大切なのだということに気づいた。ソネンブラムと REARLab チームの他のメンバーは、特に長時間座ったり仰向けになったりする人の場合、お尻の自然なクッションが時間とともにどのように変化するかを調査している。

現在、REARLab は、より正確なコンピューター モデルと「ファントム」を作成し、クッション テスト (主に車椅子のシート、またあらゆる種類の人間工学に基づいた椅子用) で実際のお尻をより正確に再現できるようにしています。ファントムは、フェイクのお尻というわけではありません。シンプルでスケーラブルな幾何学的形状で、お尻がすっぽり収まるように設計されたシート クッションの凸型バージョンのような存在です。また、体格の個人差も考慮されていません。

「ファントムは常に時間と表現のバランスを取るのが難しい」とソネンブラム氏は言う。「人口をうまく表現したいが、数が多すぎると一生をかけてテストをしなければならない。」

REARLab の現在のアプローチは、楕円形と三角形の 2 つの形状を使用して、それぞれ、より豊かなお尻と、座ったときに生体力学的問題を引き起こしやすいお尻を表現している。ソネンブラム氏によると、三角形のお尻の方が骨ばっていると考えるのが妥当だが、現実はそれほど単純ではない。脂肪組織の多い大柄な人でも、座ったときに丸いクッションが失われる可能性がある。

「このようなお尻のスキャン画像を見たことがありますが、その時は『わあ、これはリスクの高いお尻だ』と思いました」とソネンブラム氏は説明する。そして、それは組織の質によるのだと付け加える。「たくさんのお尻を触ってみれば、（圧迫損傷の）リスクがある人のお尻の組織は変化していることがわかります。感触が違うのです」

ソネンブラム氏とスプリグル氏は、お尻のモデリング、クッションテスト基準、脂肪分析の継続的な研究が、車椅子ユーザーや長時間ベッドに寝たきりの患者がより安全で快適に過ごせるよう助けになることを期待しています。しかし、彼らの研究は、座る人すべてに意味があります。研究から何を学ぶべきかと尋ねられると、2 人ともすぐに「動くこと」と答えます。運動能力が限られている人は、お尻の組織の構造的完全性の低下を避けることはできないかもしれませんが、頻繁に立ち上がって筋肉を曲げる能力がある人なら、その自然なクッションを最高の健康状態に保つことができます。

大腸がんのより良い指標を見つける

お尻を守るには、外側のボリュームのある部分だけが重要ではありません。現在、科学者が取り組んでいるお尻に関する最大の問題の 1 つは、結腸または直腸の異常な細胞増殖から始まる大腸がんの急増です。大腸がんはすでに 3 番目に多いがんであり、がんによる死亡原因の第 2 位ですが、特にミレニアル世代にとっては脅威が高まっています。若年発症大腸がん (yoCRC) (50 歳未満で診断されるもの) の新規症例は、1990 年代半ば以降約 50% 増加しています。

クリーブランド クリニック ラーナー研究所でがん疫学を専門とする博士研究員のブレイク・ブカルター氏は、最近の症例数の増加について最も気がかりなのは、原因がほとんどわかっていないことだと語る。同氏と同僚は、大腸がんで亡くなる 35 歳から 49 歳の人は、体重過多、活動レベルの低下、喫煙、飲酒、加工肉や赤身肉の多い食事など、50 歳以上の患者に見られる多くの人口統計やリスク要因を共有しているのではないかと推測している。しかし、35 歳以下の人は、予想ほどこれらのパターンに忠実に従っていない。

「これは、最も若い大腸がん患者の死亡率には、高齢者の死亡率とは異なる要因があるかもしれないことを示唆しています」とブカルター氏は言う。「この分野における私たちの今後の研究は、特定の地域における特定の年齢層で発症率と死亡率が高くなっている根本的な要因を特定することを目指しています。」

バカルター氏は、より詳細なデータによって、より詳細な検査ガイドラインも促進されることを期待している。米国予防サービスタスクフォースが2021年に大腸がん検査の推奨年齢を50歳から45歳に引き下げたことは喜ばしいことだが、一部の集団ではより早期にこの病気のリスクがあることは明らかだと同氏は言う。バカルター氏と同僚は、20代と30代で誰が検査を受けるべきかを絞り込みたいと考えている。

しかし、最も一般的に推奨されている検出方法である大腸内視鏡検査は、それ自体が大きなハードルとなっている。2019年の調査によると、年齢要件を満たす米国の成人のうち、大腸がん検診を最新の状態で受けていたのはわずか60％で、大腸内視鏡検査が遅れている理由として、恐怖、恥ずかしさ、交通手段などのロジスティックス上の問題を挙げる人もいた。自宅での便検査はより侵襲性の低い代替手段だが、研究によると、誤った診断への恐怖とサンプルの採取と郵送に対する嫌悪感から、依然として多くの人が使用をためらっている。血液検査と、患者が錠剤サイズのカメラを飲み込み、医師が消化管を検査できるようにする結腸カプセル内視鏡検査（CCE）は、どちらも、しばしば恐れられる大腸内視鏡検査を補完し、おそらくいつかはそれに取って代わるものとして有望である。

今のところ、可能であれば身体検査を受ける価値はあります。血液検査や便検査でがんの兆候を正確に検出できますが、大腸内視鏡検査はがんの予防に役立ちます。標準的な大腸内視鏡検査では、消化器科医が腺腫と呼ばれる前がん状態の可能性のあるポリープをその場で特定し、除去することができます。DIY キットでは、そのようなことはできません。

未来の便器でマイクロバイオームを追跡

一方、他の研究者たちは、昔の便所から健康の秘密を解き明かしている。2022年、考古学者たちは中国西安で、これまでで最古と思われる水洗トイレを発見した。2,400年前のこの便所には、屋外の穴につながるパイプがある。研究者たちは、宮殿の中にあったこの便器で、使用人たちはバケツの水を使って人目につかないところで排泄物を洗い流すことができたと考えている。水洗トイレは1500年代までヨーロッパには登場せず、19世紀後半まで普及しなかった。その時点まで、米国の大都市では「汚物処理員」の部隊を雇って、家庭便所や公衆トイレの内容物を掘り起こして処分していた。

下痢便の時代から遠く離れ、質素なトイレの未来はさらに明るく見える。デューク大学電気・コンピュータ工学部の准研究教授、ソニア・グレゴ氏は、便器が21世紀に突入するのを「とても楽しみにしている」と語る。

「スマート」トイレは、アプリで制御できる温水便座から詳細な水使用量トラッカーまで、あらゆる機能を備えており、10 年後には 135 億ドル規模の産業に成長する可能性がある。しかし、グレゴ氏のチーム (プラット工学部のデューク スマート トイレ ラボ) は、磁器製の便器に流した排泄物を非侵襲的な健康ツールに変えることに注力している。グレゴ氏は、過敏性腸症候群などの腸の病気が悪化しそうなことをトイレが警告したり、栄養不足を知らせたり、がんの兆候を検査したりできる未来を思い描いている。

「私たちが最初に便分析用のスマートトイレの開発に着手したとき、研究室の科学者たちは、滅菌された採取容器ではなくトイレに落とされた検体から正確な分析結果が得られるかどうか懐疑的でした」とグレゴ氏は回想する。「今ではその見方は大きく異なります。」

野生のお尻からインスピレーションを得る

人間はお尻の部分が異常に恵まれているかもしれないが、だからといって他の動物のお尻が科学的に魅力がないというわけではない。肛門の進化のモデル化から気候に優しい腸内細菌の謎の解明まで、科学者たちはあらゆる種類の動物のお尻を注意深く観察している。研究者の中には、お尻呼吸の力（そう、お尻で呼吸する力）を将来人間の医療に応用したいと考えている人もいる。

すぐに仰向け呼吸の話に戻りますが、まずウォンバットについて考えてみましょう。誰もが排便をするのは事実ですが、この有袋類は立方体を排便することが知られている唯一の動物です。何年もの間、ウォンバットが丸い穴から四角い釘をどうやって取り出すのか、誰もよく分かりませんでした。ウォンバットの肛門は円筒形ではなくブロックを押し出すように設計されているに違いないと考える人もいました。2020年、ジョージア工科大学の機械工学者と野生生物生態学者が協力し、その形状に関する驚くべき新しい説明を、その名も「ソフトマター」という学術誌に発表しました。彼らはオーストラリアからロードキルを借りて、ウォンバットの腸の史上初の詳細な検査を行いました。消化管を膨らませて、より馴染みのある豚の腸と比較することで、彼らは有袋類の内臓の弾力性にばらつきがあることを実証することができました。内臓は全体的にほぼ均一であるのではなく、いくつかの硬直した部分があるのです。研究チームの調査結果は、消化器系内のいくつかのくぼみ（伸縮性のあるものもあれば硬いものもある）が、廃棄物を四角形に形作る手段となっていることを示唆している。

ちなみに、ウォンバットのお尻はまさに鋼鉄のお尻です。お尻には軟骨と脂肪に囲まれた 4 つの骨板が融合しており、潜在的な捕食者が嗅ぎ回ってきたときに巣穴の入り口を効果的に塞ぐことができます。これが実際に起こっているところを撮影したことはありませんが、ウォンバットは強力なお尻を使って、なんとか巣穴に侵入したキツネやディンゴなどの頭蓋骨を砕くこともできるのではないかと考える科学者もいます。

というわけで、ウォンバットがどうやってキューブ状の排便をするのかは、今ではより明らかになっているが、なぜなのかという疑問はまだ解明されていない。専門家は、ウォンバットはキューブ状の排便の場所を嗅ぎ分けることで互いに意思疎通を図っており、それにより、排便が転がりにくくなるという利点があるのではないかと推測している。一方で、その変わった形状は幸運な偶然だと主張する者もいる。ウォンバットは、オーストラリアの乾燥した気候で生き延びるために、腸からできる限りの水分を絞り出そうと努力し、一回の食事を消化するのに一週間もかかることがある。その内臓は、ほどくと約33フィート（一般的な人間の腸より10フィート長い）に伸び、節約した排便を容易にしている。この種が飼育下で大量の餌と水を与えられて育てられると、排便はよりしっとりと丸くなる。

糞便科学の世界では、人間以外の腸内微生物叢の秘密を解明する研究が進められている。今年初め、ワシントン州立大学のバイオテクノロジストらは、カンガルーの赤ちゃんの糞便が牛肉をより環境に優しいものにするのに役立つ可能性があることを示した。カンガルーの腸には、メタンの代わりに酢酸を生成する微生物が含まれている。メタンは非常に大量に牛からげっぷされるため、気候変動が著しく悪化する。研究者らは、カンガルーの赤ちゃんの糞便を牛の模造胃に再注入することで、腸を酢酸工場に変えることに成功したと述べている。酢酸工場は大気中の熱を閉じ込めない。研究者らは、近いうちに本物の牛でこの実験を試したいと考えている。

お尻で呼吸することに戻ると、科学者たちは、ナマズやナマコがすでに発揮しているスーパーパワーを人間に与える方法を見つけ出そうとしている。2021年、日本の研究者たちは、肛門から換気することで、酸素の少ない環境でげっ歯類を生き延びさせることができたと医学誌「メド」に報告した。腸から酸素を取り込むことができる淡水魚であるドジョウにヒントを得て、科学者たちは自力で十分な空気を吸えない患者を助ける新しい方法を見つけようとしている。彼らは次に豚の研究に移り、お尻からパーフルオロデカリン（大量の酸素を運ぶことができる液体化学物質）を注射すると見事に回復すると言う。

進化論の観点から見ると、私たちの送信トレイが受信トレイと同じ役割を担えるのは、それほど驚くべきことではありません。どちらが先にできたかはまだ明らかではありませんが、肛門と口は、どこに現れても、同じ原始的な細胞構造から発達したことはよく知られています。最も基本的な動物の中には、消化に必要なすべてのものを 1 つの開口部で処理するものもあります。そして、私たちが知る限り、たった 1 種類の生物だけが「一時的な肛門」を持っています。

2019年、マサチューセッツ州ウッズホールの海洋生物学研究所のシドニー・タムは、このイボイボクラゲが必要に応じて新しい肛門を作ることを実証した。若いクラゲでは10分ごとに排泄物が十分に溜まるたびに、腸が膨らんで生物の表皮と融合し、排泄口を作る。そしてすぐに閉じる。世界初の肛門もこのオンデマンドモデルに従っていた可能性があり、お尻とその中身が私たちの畏敬の念、好奇心、尊敬に値することを改めて証明している。

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