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科学家利用电脑断层扫瞄了解猫舌头的秘密

猫舌头上的突起其实是名为乳突的小刺,了解这些小刺如何作用,或许有助于研发出让猫比较不会过敏、也让人类头发更干净的梳子。 PHOTOGRAPH BY JOEL S

猫舌头上的突起其实是名为乳突的小刺,了解这些小刺如何作用,或许有助于研发出让猫比较不会过敏、也让人类头发更干净的梳子。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

研究人员从六种猫——家猫、美国大山猫、山狮、雪豹、老虎和狮子──身上搜集舌头样本,并运用微型电脑断层扫描(micro-CT)技术,以便更仔细观察。 PHOTOG

研究人员从六种猫——家猫、美国大山猫、山狮、雪豹、老虎和狮子──身上搜集舌头样本,并运用微型电脑断层扫描(micro-CT)技术,以便更仔细观察。 PHOTOGRAPH BY KIM WOLHUTER, NAT GEO IMAGE COLLECTION

猫舌头能把唾液推进一层层的毛发内,直抵皮肤表面。了解猫舌如何作用,也让科学家研发出不必帮猫剃毛就能抹上药膏或乳液的新方法。 PHOTOGRAPHY COURTE

猫舌头能把唾液推进一层层的毛发内,直抵皮肤表面。了解猫舌如何作用,也让科学家研发出不必帮猫剃毛就能抹上药膏或乳液的新方法。 PHOTOGRAPHY COURTESY OF CANDLER HOBBS (GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY, ATLANTA)

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Carrie Arnold 编译:钟慧元):科学家利用电脑断层扫瞄,也近距离亲密地地察猫舌头,以便了解猫舌的秘密。

猫热爱理毛,就跟它们热爱睡觉差不多。它们清醒时,有四分之一的时间都花在清理毛皮上。它们自我清理的成功秘诀到底是什么呢?根据最近发表在《美国国家科学院学报》(PNAS)上的一篇论文指出,猫咪舌头上的小刺是弯的,而且前端中空。这些小刺名为乳突(papillae),可把大量的唾液从猫嘴里送到毛皮上,不只让喵星人理毛时能一路清洁到皮肤表面,而且唾液蒸发的时候,还能降低体温。

「猫舌头的功能就像非常聪明的梳子,」这篇新论文的资深作者、乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的生物工程师胡大卫(David Hu)说。

这些结果不但让我们一窥这种超受欢迎宠物常保干净的秘密,还启发了一种新型态梳子的研发,名为TIGR梳( Tongue-Inspired Gooming Brush, 「由舌头启发的理毛梳」) 。 TIGR原型梳上布满有弹性的弯曲小刺,就像猫舌头一样,可迅速清理人和猫身上的掉落毛发,但只要用手指一抹就能轻松清干净。也因为能清理多余的皮屑,或许能让猫比较不容易使人过敏。胡大卫说。

研究人员发现,这些勺子状的乳突正是猫能把唾液彻底抹到皮肤表面的原因,这或许能启发毛发清洁,或将液体渗入各种毛茸茸表面的新方法。 「液体运输是动物的问题,也是工程师的问题。」并未参与这项研究的康乃尔大学(Cornell University)生物工程师「桑尼」姜星焕(Sunghwan “Sunny” Jung, 音译)说。 「这篇论文显示,科学家可以用基本动物行为的物理学来解答重要的问题。」

扫描猫猫

胡大卫的博士班学生,艾莉西丝.诺埃尔(Alexis Noel)看到自己的猫在舔微纤维毯子时舌头老是被勾住,于是对猫理毛有了兴趣。诺埃尔之前就常看到她的猫在理毛,但当她看着猫尝试帮一条绒毯理毛,这才开始用不一样的眼光审视理毛的过程。

猫舌头上布满了名为乳突的小刺,使得猫舌头有砂纸般的质感。就是这些小刺勾住了诺埃尔的毯子。诺埃尔想了解为什么这些乳突清理毛皮(还有毯子)上的打结会这么厉害。迅速查阅过研究文献之后,她发现科学家几乎没注意过猫理毛的生物力学。胡大卫和诺埃尔决定要改变这一点。

不过首先,他们需要猫舌头。从死亡家猫的身上取得样本还蛮简单的。取得野生大猫的舌头,就没这么简单了。

「实在是没有很多舌头在那里等你。」他说。

他们在骚扰了动物园和动物保留区好几个月后,终于取得了足够的样本。有了六种猫科动物——家猫、美国大山猫、美洲狮、雪豹、虎和狮子——的舌头,诺埃尔和胡大卫仔细观察了乳突,用微型电脑断层扫瞄仪器放大观察。 1982年有一篇论文说,猫的乳突是中空的锥状,但乔治亚理工学院研究人员所使用的新科技,却显示这些小刺其实是往后朝喉咙方向弯曲的。

这个差异听来微小,其实不然。胡大卫说。乳突的弯曲形状,可以在接碰到水时靠着表面张力把水黏上来——这是中空的锥状办不到的。

「在这么小的尺度里,这些差异真的会造成影响。」胡大卫说。

虽然每个乳突只能黏起水滴的一小部分(精确来说是4.1微升),但一整天下来,一只家猫的舌头平均可把约48毫升的水分传递到毛皮上,差不多是五分之一杯水的量。

纠结的疑问

研究人员发现,乳突的方向并非固定不动。拍摄短毛家猫理毛的高速摄影影片显示,当猫舌头碰到毛皮打结处时,乳突会转动。这样的转动让小刺可探入乱成一团的毛发深处,最后解开纠结。

胡大卫说,这样的灵活性,让这种相对​​来说比较短的小刺不只能清洁较长、较稀疏的外层毛发,也能清理紧贴皮肤、如羽绒一般的浓密内层绒毛。研究人员的测量发现,猫理毛时,这种由舌头施加的相对轻微压力,能让各种猫都能一路清洁到皮肤表面。唯一的例外?有,就是波斯猫。这是一种家猫品系,需要每天被梳毛,才不会打结成毛球。

但这样舔啊舔的,并不只是为了让猫猫看起来光鲜亮丽而已。热成像相机显示,理毛也可以帮猫降温,唾液蒸发之际,皮肤和外层毛发之间的温差可高达摄氏1.1度。

TIGR之眼

知道猫怎么打理自己是一回事,但身为工程师,胡大卫希望能再深入了解。他家小孩长头虱的时候,他花了好几个小时去药房找可以梳掉虫卵的适合梳子,然后仔细梳理小孩的头发,清理掉虱子的所有踪迹。在网上迅速浏览一下就知道,这上万年来梳子其实并没有多大的变化。胡大卫和诺埃尔的研究,也让这两人开始思考,猫舌头或许可以启发更好的工具。

「借着研究猫理毛去寻找新素材非常酷--这表示你不必深入丛林才能找到有用的材料,」并未参与这项研究的法国国家科学研究中心工程师席尔凡.德维尔(Sylvain Deville)说。

他们用一种矽基聚合物,以3D列印出约为两根手指并排大小的弹性小梳子。梳子上的小刺基本上就是放大版的猫舌乳突。诺埃尔和胡大卫比较了TIGR和人类发梳梳理人造尼龙毛皮纠结处的能力,跟普通发梳相比,用TIGR时不必那么用力,却能梳开更多纠结。诺埃尔也只要用一根手指轻轻一抹,就能清掉发梳上的掉落毛发,跟用镊子辛辛苦苦拔梳子上的头发相比,真是天壤之别。

这可能也是比较适合给猫用的梳子,因为有些猫根本鄙视市面上现有的梳子。 TIGR柔软、有弹性,提供的是较类似猫自己理毛的体验,对猫——还有饲主来说,应该都比较能忍受。

TIGR正是仿生设计的完美例子,蒙大拿州密苏拉仿生研究中心(Biomimicry Institute)的设计挑战主任梅根.夏柯尼克(Megan Schuknech)说。 「猫在人类身边已经好几世纪了,但没有人想到要这么仔细观察它们。」她说。

不过,郑兴焕说TIGR还不到可以量产的时候。 「在能运用到真实世界之前,还有很多地方需要改进。」他说。

胡大卫和诺埃尔已经为TIGR提出专利申请,也看到这种梳子不只可用来理毛,帮猫擦药膏和乳液时也不必先剃猫毛,甚至还可以用来梳整布织品的纤维。




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