科學家利用電腦斷層掃瞄,也近距離親密地地察貓舌頭,以便了解貓舌的祕密。

貓舌頭上的突起其實是名為乳突的小刺,了解這些小刺如何作用,或許有助於研發出讓貓比較不會過敏、也讓人類頭髮更乾淨的梳子。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

貓熱愛理毛,就跟牠們熱愛睡覺差不多。牠們清醒時,有四分之一的時間都花在清理毛皮上。牠們自我清理的成功祕訣到底是什麼呢?根據最近發表在《美國國家科學院學報》(PNAS)上的一篇論文指出,貓咪舌頭上的小刺是彎的,而且前端中空。這些小刺名為乳突(papillae),可把大量的唾液從貓嘴裡送到毛皮上,不只讓喵星人理毛時能一路清潔到皮膚表面,而且唾液蒸發的時候,還能降低體溫。

「貓舌頭的功能就像非常聰明的梳子,」這篇新論文的資深作者、喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的生物工程師胡大衛(David Hu)說。

這些結果不但讓我們一窺這種超受歡迎寵物常保乾淨的祕密,還啟發了一種新型態梳子的研發,名為TIGR梳( Tongue-Inspired Gooming Brush, 「由舌頭啟發的理毛梳」)。TIGR原型梳上布滿有彈性的彎曲小刺,就像貓舌頭一樣,可迅速清理人和貓身上的掉落毛髮,但只要用手指一抹就能輕鬆清乾淨。也因為能清理多餘的皮屑,或許能讓貓比較不容易使人過敏。胡大衛說。

研究人員從六種貓——家貓、美國大山貓、山獅、雪豹、老虎和獅子──身上蒐集舌頭樣本,並運用微型電腦斷層掃描(micro-CT)技術,以便更仔細觀察。PHOTOGRAPH BY KIM WOLHUTER, NAT GEO IMAGE COLLECTION

研究人員發現,這些勺子狀的乳突正是貓能把唾液徹底抹到皮膚表面的原因,這或許能啟發毛髮清潔,或將液體滲入各種毛茸茸表面的新方法。「液體運輸是動物的問題,也是工程師的問題。」並未參與這項研究的康乃爾大學(Cornell University)生物工程師「桑尼」姜星煥(Sunghwan “Sunny” Jung, 音譯)說。「這篇論文顯示,科學家可以用基本動物行為的物理學來解答重要的問題。」

掃描貓貓

胡大衛的博士班學生,艾莉西絲.諾埃爾(Alexis Noel)看到自己的貓在舔微纖維毯子時舌頭老是被勾住,於是對貓理毛有了興趣。諾埃爾之前就常看到她的貓在理毛,但當她看著貓嘗試幫一條絨毯理毛,這才開始用不一樣的眼光審視理毛的過程。

貓舌頭上布滿了名為乳突的小刺,使得貓舌頭有砂紙般的質感。就是這些小刺勾住了諾埃爾的毯子。諾埃爾想了解為什麼這些乳突清理毛皮(還有毯子)上的打結會這麼厲害。迅速查閱過研究文獻之後,她發現科學家幾乎沒注意過貓理毛的生物力學。胡大衛和諾埃爾決定要改變這一點。

不過首先,他們需要貓舌頭。從死亡家貓的身上取得樣本還蠻簡單的。取得野生大貓的舌頭,就沒這麼簡單了。

「實在是沒有很多舌頭在那裡等你。」他說。

他們在騷擾了動物園和動物保留區好幾個月後,終於取得了足夠的樣本。有了六種貓科動物——家貓、美國大山貓、美洲獅、雪豹、虎和獅子——的舌頭,諾埃爾和胡大衛仔細觀察了乳突,用微型電腦斷層掃瞄儀器放大觀察。1982年有一篇論文說,貓的乳突是中空的錐狀,但喬治亞理工學院研究人員所使用的新科技,卻顯示這些小刺其實是往後朝喉嚨方向彎曲的。

這個差異聽來微小,其實不然。胡大衛說。乳突的彎曲形狀,可以在接碰到水時靠著表面張力把水黏上來——這是中空的錐狀辦不到的。

貓舌頭能把唾液推進一層層的毛髮內,直抵皮膚表面。了解貓舌如何作用,也讓科學家研發出不必幫貓剃毛就能抹上藥膏或乳液的新方法。PHOTOGRAPHY COURTESY OF CANDLER HOBBS (GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY, ATLANTA)

「在這麼小的尺度裡,這些差異真的會造成影響。」胡大衛說。

雖然每個乳突只能黏起水滴的一小部分(精確來說是4.1微升),但一整天下來,一隻家貓的舌頭平均可把約48毫升的水分傳遞到毛皮上,差不多是五分之一杯水的量。

糾結的疑問

研究人員發現,乳突的方向並非固定不動。拍攝短毛家貓理毛的高速攝影影片顯示,當貓舌頭碰到毛皮打結處時,乳突會轉動。這樣的轉動讓小刺可探入亂成一團的毛髮深處,最後解開糾結。

胡大衛說,這樣的靈活性,讓這種相對來說比較短的小刺不只能清潔較長、較稀疏的外層毛髮,也能清理緊貼皮膚、如羽絨一般的濃密內層絨毛。研究人員的測量發現,貓理毛時,這種由舌頭施加的相對輕微壓力,能讓各種貓都能一路清潔到皮膚表面。唯一的例外?有,就是波斯貓。這是一種家貓品系,需要每天被梳毛,才不會打結成毛球。

但這樣舔啊舔的,並不只是為了讓貓貓看起來光鮮亮麗而已。熱成像相機顯示,理毛也可以幫貓降溫,唾液蒸發之際,皮膚和外層毛髮之間的溫差可高達攝氏1.1度。

TIGR之眼

知道貓怎麼打理自己是一回事,但身為工程師,胡大衛希望能再深入了解。他家小孩長頭蝨的時候,他花了好幾個小時去藥房找可以梳掉蟲卵的適合梳子,然後仔細梳理小孩的頭髮,清理掉蝨子的所有蹤跡。在網上迅速瀏覽一下就知道,這上萬年來梳子其實並沒有多大的變化。胡大衛和諾埃爾的研究,也讓這兩人開始思考,貓舌頭或許可以啟發更好的工具。

「藉著研究貓理毛去尋找新素材非常酷--這表示你不必深入叢林才能找到有用的材料,」並未參與這項研究的法國國家科學研究中心工程師席爾凡.德維爾(Sylvain Deville)說。

他們用一種矽基聚合物,以3D列印出約為兩根手指並排大小的彈性小梳子。梳子上的小刺基本上就是放大版的貓舌乳突。諾埃爾和胡大衛比較了TIGR和人類髮梳梳理人造尼龍毛皮糾結處的能力,跟普通髮梳相比,用TIGR時不必那麼用力,卻能梳開更多糾結。諾埃爾也只要用一根手指輕輕一抹,就能清掉髮梳上的掉落毛髮,跟用鑷子辛辛苦苦拔梳子上的頭髮相比,真是天壤之別。

這可能也是比較適合給貓用的梳子,因為有些貓根本鄙視市面上現有的梳子。TIGR柔軟、有彈性,提供的是較類似貓自己理毛的體驗,對貓——還有飼主來說,應該都比較能忍受。

TIGR正是仿生設計的完美例子,蒙大拿州密蘇拉仿生研究中心(Biomimicry Institute)的設計挑戰主任梅根.夏柯尼克(Megan Schuknech)說。「貓在人類身邊已經好幾世紀了,但沒有人想到要這麼仔細觀察牠們。」她說。

不過,姜星煥說TIGR還不到可以量產的時候。「在能運用到真實世界之前,還有很多地方需要改進。」他說。

胡大衛和諾埃爾已經為TIGR提出專利申請,也看到這種梳子不只可用來理毛,幫貓擦藥膏和乳液時也不必先剃貓毛,甚至還可以用來梳整布織品的纖維。

貓已經統治了網路,有了TIGR,距離牠們一統天下的終極大業,可能又靠近了一步。

 

撰文:Carrie Arnold

編譯:鍾慧元

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