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只靠舌尖倒刺,所有猫科动物都能[ 猫的那个上面有倒刺 ]

只靠舌尖倒刺,所有猫科动物都能[
猫的那个上面有倒刺
]的作者芮元绿 芮元绿 发布时间: 2022-09-05 13:13:13 宠物猫繁殖64人已围观

简介提起舌头,人们会想到说话、尝味和法式深吻。然而对于有毛的哺乳动物,尤其是猫来说,舌头还有一个重要的功能:舔自己。铲屎官们应该都发现了,自己的主子

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只靠舌尖倒刺,所有猫科动物都能舔干净自己,除了它

本文关键词: 猫的那个上面有倒刺

提起舌头,人们会想到说话、尝味和法式深吻。然而对于有毛的哺乳动物,尤其是猫来说,舌头还有一个重要的功能:舔自己。

铲屎官们应该都发现了,自己的主子宠物经常会趴在那里,伸出长长的舌头,仔细地把能够得到的地方都舔一遍。统计表明,猫每天会有约24%的时间(不算睡眠)在舔舐自己。作为一个已经在地球上存在、进化1100万年的物种,到今天仍然会花费这么多的时间和体力做这件事情,肯定是有生物学意义的。就有铲屎官利用高速摄像、断层扫描等手段,结合数学计算,详细地探究了猫的舔舐过程背后的意义和机制。

先说生物学意义:一是降温,二是清理。

咋降温?

正在减肥或是热爱健身的朋友们肯定对基础代谢率(Basal Metabolic Rate, BMR)这个词不陌生,它是说身体一动不动的时候,体内的新陈代谢消耗掉的能量,这些能量有一大部分会以热的形式释放出来。为了维持体温恒定,必须及时将热量散发掉。猫的基础代谢率符合下面这个公式:

其中M是猫的质量。算下来,一直体重约为2kg的猫,每天要以5.7W的功率散热,才能维持体温恒定。对于人而言,出汗是最有效的散热方式,但猫的汗腺只分布在爪子的小肉垫上,只靠“掌心出汗”远远达不到散热的要求。于是猫想了出另一个办法:反正要靠蒸发散热,汗液不够,唾液来凑,开舔!

热成像下的舔舐动作,温度随着紫-红-黄颜色的变化而升高。左图:舔舐前;右图:舔舐后,前肢表面的温度下降

我们通过热成像仪,发现猫被舔过的皮肤表面温度甚至可下降17℃。再通过计算猫每一次舔舐动作所转运的唾液体积(计算方法后文会讲)和水的散热系数,算出舔舐的散热功率可达到1.3W,是每天所需总散热的四分之一,在猫的体温调节中具有重要的地位。

咋清理?

女性朋友们几乎都有过这种经历:坐在镜前,轻轻地将梳子与头发贴合,缓缓下滑,期待着一个不断加速、一梳到底的顺畅,结果总被无情的阻拦,用力,再阻拦,再用力,一缕秀发缓缓飘落。短发的男性朋友们没经历过头发打结,也大都体验过头皮屑的烦恼,两天没洗就雪花漫天。毛茸茸的猫自然也会有这些烦恼,没有梳子和洗发露,只好通过舔解决问题。研究表明,猫的舔舐可以有效地清理碎屑和污渍、梳理打结的毛发,否则这些东西会在不经意间扯到皮肤,造成疼痛,甚至感染。

你可能又要问了:用舌头传递唾液来散热我信,用舌头当梳子?这么厚的毛你用舌头梳一个看看?

这就来到了最关键的环节:柔软的舌头如何发挥梳子的作用,有效地清理毛发。话不多说,先上图。

左图:一只在舔自己的猫。右图:显微镜下的猫舌表面,布满了锥形凸起

你看,猫舌头的上表面有密密麻麻的圆锥形凸起,看起来软软的是吗?但如果你被猫舔过,就会知道它们并不软,碰到皮肤甚至有些刺痛。因为这些凸起和正常皮肤不一样,是实实在在的角质细胞构成的,硬度(杨氏模量)约为1.66-1.94Gpa,比舌头表面皮肤的硬度高五个数量级,和人类手指甲的硬度相似,这也是有人习惯称这些凸起为倒刺的原因。更令人惊奇的是,通过断层扫描技术对6种猫科动物舌头上的凸起进行扫描后,我们发现这些凸起的中间是镂空的,呈U型的凹槽状,像这样:

猫科动物舌表面的凸起的断层扫描结构(从左至右:家猫、短尾猫、美洲豹、雪豹、老虎、狮子)

这个结构好像要比我们平常用的梳子复杂。那当然了,我们的梳子只能深层清理,猫的舌头还可以深层“滋养”。这要从我们熟悉的毛细作用说起:我们知道,如果把一根很细的管子插在盛有水的容器里,管内的水会自动的上升一截,高出容器的液面,这是水的表面张力所致。实际上,如果插进去的不是完整的管子,而是一半的管子,仍然会有毛细作用。

左图:毛细作用的原理示意图。右图:高速摄影下,凸起的毛细作用,将深色墨水吸入U型凹槽内。

猫舌头上的凸起恰恰利用了这个原理,通过表面张力将唾液迅速地吸入背侧的凹槽中,这一过程只需要不到0.1s,而且表面张力会将液体锁住,不会随着舌头的甩动而掉落。通过测量计算,每个凸起可存放约0.014uL的液体,猫的舌头上有约290根倒刺,一共可以存储4.1μL唾液。4.1μL是什么概念呢?水龙头上滑落的一滴水大概是50μL,所以说靠这个结构来喝水是不现实的。但由于可以稳定地被带入到毛发内部并触及皮肤,这一小部分水是至关重要的,这可能就是传说中可以深层修复的“精华”吧。

那舌头上的凸起是不是越长越好呢。铲屎官测量了6种猫科动物的凸起长度,发现不管是家猫还是美洲豹,尽管体型上相差几十倍,但凸起的长度是几乎都在2mm左右,这表明2mm的长度应该足以完成它的生物学功能了,毕竟人家猫不是用舌头挠痒痒。

等等,2mm真的够吗,猫毛好像很厚啊。带着这个疑惑,我们仔细地研究了舔舐过程中猫毛的厚度变化,发现猫毛的多孔性指数出乎意料的高,可以达到0.99,也就是说蓬松的猫毛中,只有1%的体积是由真正的毛发构成,其余都是空气,这意味着猫毛的压缩效率非常可观。进一步的测量和计算发现,一只家猫在舔舐时,可以将毛发从37mm压缩至1.2mm的厚度,几乎压缩到1/30!所以说,尽管猫毛很长,但只要压缩后的厚度小于舌头上凸起的长度,猫就可以有效地清理自己的皮肤。

各类猫科动物清理能力

通过对各类猫科动物的分析,铲屎官还绘制了“清理能力图”:

图上的每一个点都是一种猫科动物,横坐标代表它舌头上的凸起长度,纵坐标代表毛发压缩后的厚度。换句话说,只要点在虚线下方(凸起长度> 毛发长度),就可以顺利完成清理。可以看出,绝大部分猫都可以有效地清理毛发。但我们也发现了两只可怜的家伙(虚线上方),所谓“自己的刀削不了自己的把”,再一看,品种都是波斯猫。

数据显示,波斯猫/金吉拉的毛发约为81mm,压缩后也有2.6mm,无法被舌头上的倒刺(2.3mm)有效穿透。这也是波斯猫需要经常洗澡和人工清理的原因。

新型梳子

最后,我们模仿猫舌头的构造,可以利用3D打印技术做出一种新型梳子,tongue-inspired grooming brush (TIGR)。其中每一个梳齿都与猫舌头表面凸起的结构相同,梳齿也并非固定在梳柄上,而是通过凹槽灵活的嵌在其中,可以转动,这可以让梳理的过程更加柔和。

上:紫外线染料下的猫舌头剖面图。

中:利用3D打印技术,按照4倍比例制作的新型梳子TIGR。

下:TIGR梳理打结毛发的示意图,灵活的梳齿可以转动,减小阻力。

将新式梳子与人们常用的普通梳子进行对比后,发现TIGR在梳理过程中的效率更高,阻力更小。可惜这项发明目前还没变成商品,不然的话可以买来试试,效果说不定比很多的网红梳子要好。

不过,小心家里有谁和你抢哦!

文/石阳

编辑/庄小哥、花落成蚀

排版和其余微小的工作/轮值编辑安然

以上实验以及结论均来自于胡立德教授

来源:菠萝科学奖

原文略作删改

编辑:fengyao

猫的那个上面有倒刺

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