只靠舌尖倒刺，所有猫科动物都能舔干净自己，除了它

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，一只体重约为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