Лучшая щётка: учёные раскрыли секреты кошачьего языка и создали его искусственный аналог
Инженер-механик Алексис Ноэль (Alexis Noel) из Технологического института Джорджии давно изучает строение и принцип работы этого уникального "инструмента". По её словам, учёные долгое время полагали, что кошачьи языки усеяны крошечными конусообразными отростками. Однако она начала сомневаться в этом после того, как её кот по ошибке попытался вылизать плед, и его язык "застрял" в ткани.
В 2016 году Ноэль установила, что кошачий язык на самом деле покрыт отростками, которые удивительно похожи на когти (их называют сосочками). Некоторые из них, названные "крючками", помогают собирать грязь и создают эффект расчёски. Другие же – своеобразные "липучки" – помогают собрать выпавшую шерсть.
Исследовательница захотела более подробно изучить процесс распределения слюны по поверхности шерсти. (К слову, это "чистящее средство" не только растворяет жир и грязь, но и смазывает шерсть, увеличивая трение между волосками, в итоге животное не испытывает боль при потере шерсти.)
Этой темой заинтересовался и коллега Ноэль Дэвид Ху (David Hu), изучающий динамику жидкостей. Специалисты провели ещё одно исследование, и его результаты, по их словам, пригодятся для создания новых технологий и различных устройств.
В ходе работы учёные провели компьютерную томографию кошачьих языков и подтвердили, что сосочки, покрывающие их, действительно похожи на крючки. В обычном состоянии они опущены и как бы выстилают поверхность языка, однако, когда его мышцы приходят в движение, эти отростки поднимаются вверх.
Обратившись к сотрудникам зоопарков и таксидермистам, исследователи получили больше образцов для работы. В итоге они изучили языки различных представителей семейства кошачьих: рысей, пум, тигров, львов и даже снежных барсов.
3D-сканирование показало, что отростки на языках всех этих животных имеют схожую форму, а на их кончиках расположены полости, по форме напоминающие латинскую букву U.
Чтобы увидеть, что происходит со слюной, когда животное вылизывает шерсть, специалисты использовали жидкий пищевой краситель. Добавляя его капли на поверхность языков, они увидели, что жидкость попадает в те самые U-образные полости. Именно из них капельки слюны, захваченные из ротовой полости, перемещаются на шерсть, как только язык её касается, поясняют исследователи.
Судя по всему, в данном случае задействуется свойство жидкости под названием поверхностное натяжение. Силы когезии обеспечивают формирование капелек из молекул жидкости, а силы адгезии помогают капелькам удерживаться на сосочках. Наличие U-образных полостей на их кончиках, очевидно, способствуют тому, что капельки слюны проникают через верхние слои шерсти в более глубокие и достигают кожи.
Как отметила Ноэль в интервью National Geographic, если бы сосочки не были изогнуты, словно когти, такого эффекта достичь было бы невозможно.
Также выяснилось, что каждый "крючок" на языке обычной домашней кошки может переносить 4,1 микролитра жидкости. При этом в течение дня язык питомца доставляет на его мех около 48 миллилитров слюны.
Кроме того, когда учёные наблюдали за умыванием трёх домашних короткошёрстных кошек, то увидели, что сосочки на их языках могут вращаться при столкновении с "препятствием", то есть колтуном. Это вращение позволяет сильнее увлажнить спутавшуюся шерсть, чтобы язык мог её прочесать.
Также Ноэль и Ху сравнили показатели длины, густоты и толщины шерсти с длиной отростков на поверхности языков различных представителей кошачьих. Оказалось, что во всех случаях сосочки имели такую длину, которая позволяла им "пробиваться" через слой шерсти и достигать кожи животного.
Единственным исключением оказались персидские кошки. Таких питомцев хозяевам приходится регулярно вычёсывать, поскольку они не способны справиться с пышной шевелюрой самостоятельно.
Однако поддержание чистоты – не единственная цель ежедневных умываний. Увлажнение шерсти и кожи играют важную роль в терморегуляции, что подтвердили данные тепловизоров (к слову, потовые железы у кошек есть только на коже их лап). Как выяснилось, при испарении слюны происходит охлаждение кошачьего тела чуть более чем на один градус по Цельсию – такова была разница между температурой кожи животного и верхнем слоем меха, зафиксированная тепловыми камерами.
По словам учёных, полученные результаты не просто удовлетворяют праздное любопытство, но и имеют вполне практическое применение. Так, Ноэль и её коллеги напечатали на 3D-принтере прибор под названием TIGR (tongue-inspired grooming brush, что дословно переводится как "расчёска для груминга, вдохновлённая языком"). Получилась своего рода щётка с "шипиками", имитирующая кошачий язык.
Инженеры уверены, что TIGR станет идеальным инструментом для очистки диванов, ковров и других покрытий от кошачьей шерсти, что особенно важно для людей, склонных к аллергии. Также новый прибор позволит хозяевам более эффективно вычёсывать своих питомцев и наносить на их кожу лечебные кремы или лосьоны (для чего раньше требовалось побрить животное).
Кроме того, крючкообразные отростки могут вдохновить инженеров на создание новых приборов для равномерного нанесения жидкостей на неровные или "лохматые" поверхности, а также мягких роботов, способных цепляться за предметы и поверхности.
Более подробно об этом увлекательном исследовании рассказывается в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Кстати, ранее американский изобретатель создал прибор для безопасного вылизывания домашних животных. Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, почему кошки бывают пятнистыми.