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為什麼貓咪愛紙箱?

果殼網_96
・2015/03/02 ・1934字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 486 ・五年級

文/Bryan Gardiner
譯/IvyP

兩腳獸們快振作起來!你家主子可能對新買的高級抓板一點不感冒,但是有一樣東西保證能引起它的興趣。想必你可能也在網上的各種圖片和視頻中看到過,它就是紙箱!真的,不管什麼紙箱都行,大的、小的、形狀不規則的都沒關係,只要往地上、椅子上或是書架上一放,就等著看你的貓強佔地盤吧。

貓愛盒子
據說,紙箱放久了就會長出貓。親測有效!圖片來源: thechronicleherald.ca

我們到底該如何理解這種紙箱對家貓的奇怪吸引力呢?和貓的許多其他異常古怪的行為一樣,科學家們還沒能完全解開這其中的奧秘。一種解釋是,紙箱是貓捕獵時的好幫手,它們喜歡突襲,因此盒子是絕好的藏身之地。不過,原因肯定不止這麼簡單。

幸好,行為生物學家和獸醫們提出了其他幾種有趣的解釋。實際上,當你把所有線索串在一起時,可能會發現貓不只是喜歡鑽紙箱—— 它們可能的確需要這麼做。

有壓力,找紙箱

貓之心,海底針。畢竟,要研究貓並不容易。不過,科學家們還是利用實驗貓進行過不少行為學研究。這些研究已經進行了超過50年,得出的一個明確結論就是:你家絨毛球的安全舒適感來自於封閉空間。

有幾個原因能支持這種說法,不過當貓感到有壓力時,紙箱或是(在封閉公寓裡的)其他封閉的地方,會給它們的行為和生理帶來巨大影響。

貓愛盒子1
“爺現在壓力山大,勿擾!”圖片來源:aliceowens.com

荷蘭烏得勒支大學的獸醫克勞迪婭.芬克(Claudia Vinke),研究了收容所貓咪的壓力水平。在荷蘭的一個動物收容所裡,芬克把新來的貓分為兩組,給其中一組準備了紙箱,另一組則沒有。結果她發現,這兩組貓的壓力水平出現了明顯差異。實際上,有紙箱的一組貓能更快適應了新環境,它們的壓力遠小於另一組,並且更有興趣與人類互動。

幾乎所有的貓感到緊張時的第一件事,就是躲起來。如果考慮到這一點,那麼這就不難理解了。芬克在電子郵件中寫道:「貓應對環境改變和壓力因素時的行為策略就是躲藏。」

不論是生活在野外的貓,還是你家裡的貓,情況都一樣。唯一不同的是,野貓會藏到樹頂和洞穴,而你的貓可能就要到鞋盒裡尋找安寧了。

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愛紙箱可不是家貓的專利。圖片來源:deathandtaxesmag.com

要逃避,找紙箱

另一點需要注意的是,貓非常不善於解決衝突。引用一句來自《家貓行為背後的生物學》(The Domestic Cat: The Biology of its Behaviour)書中的內容:「貓似乎沒有發展出像其他更喜歡群居的動物一樣的衝突解決策略,因此它們逃避針鋒相對場面的辦法就是,迴避對方或是減少活動。」

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“我想我需要一個人靜一靜……”圖片來源:4ever.eu

所以貓遇到問題時不會去解決,而是更傾向於逃避。這種情況下,紙箱就成了安全地帶,往裡面一縮,所有焦慮、敵意和不必要的注意力都會統統消失。

很明顯這種解釋存在一個問題,那就是本來只是喜歡紙箱而已,這樣一說似乎鑽紙箱成了貓情緒有問題的表現。我不知道你怎麼想,但是對我來說,下面影片中的貓Maru不像是壓力大。

天太冷,找紙箱

如果你夠仔細,可能就會注意到除了紙箱以外,許多貓還會選擇其他奇怪的地方來放鬆。有些會蜷在洗手池裡,還有的喜歡呆在鞋裡、碗裡、購物袋裡、咖啡杯裡、空蛋托裡,以及其他狹小封閉的空間裡。

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沒有紙箱,洗手池也湊合。圖片來源:naver.jp

這就引出了另一個貓特別喜歡小紙箱(以及其他看上去不太舒服的地方)的原因——外面太冷了!

根據2006年一項國家研究委員會的研究,家貓的熱平衡溫度是30~36℃,貓在這一溫度範圍中會感到舒適,並且無需額外產生熱量來保暖或者消耗代謝能量來降溫。這一溫度剛好比人體最適溫度高出6.7℃,這也就是為什麼你鄰居家的貓會在夏天大中午攤在柏油馬路上曬日光浴了。

這也是為什麼貓喜歡蜷縮在小紙箱裡和其他奇怪的地方。瓦楞紙板是絕佳的隔熱材料,狹小的空間讓貓不得不蜷起來或是採用其他高難度姿勢,進一步幫助它們保暖。該研究還發現,大多數貓窩周圍的溫度都在22℃左右,比貓最低的最適溫度還要低近10℃。

所以原因就是這樣:盒子既能保暖又能減壓,貓在這裡能藏身、放鬆、睡覺,偶爾還能給家裡住著的巨型兩腳獸來個突然襲擊。

▲大貓也無法抗拒紙箱的魅力

參考資料:

    1. What’s Up With That: Why Do Cats Love Boxes So Much? WIRED [02.03.15]
    2. Vinke, C. M., Godijn, L. M., & van der Leij, W. J. R. (2014). Will a hiding box provide stress reduction for shelter cats?. Applied Animal Behaviour Science, 160, 86-93.

    本文轉載自果殼網

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    果殼網_96
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    果殼傳媒是一家致力於面向公眾倡導科技理念、傳播科技內容的企業。2010年11月,公司推出果殼網(Guokr.com) 。在創始人兼CEO姬十三帶領的專業團隊努力下,果殼傳媒已成為中國領先的科技傳媒機構,還致力於為企業量身打造面向公眾的科技品牌傳播方案。


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    牠如何長出一雙「隱形的翅膀」?——玻璃翼蝶的成長日誌

    Curious曉白_96
    ・2021/10/28 ・3597字 ・閱讀時間約 7 分鐘

    蝴蝶的美,源於牠們擁有的千變萬色的翅膀,這些色彩是門面,也是保護傘,鮮豔顯目派警戒掠食者別靠近!小心牠們有毒(即便有些蝶其實没毒 XD);擬態派能巧妙地偽裝成自然環境中的枯葉、樹木等騙過掠食者的眼睛,或是如猛禽眼睛樣貌的翅膀,嚇唬掠食者。多數蝴蝶們視顏色為性命,但對玻璃翼蝶來說……就是不給顏色瞧瞧,幾近透明如玻璃的翅膀,即使飛行也如穿上一層隱形罩袍,讓大家都難以察覺牠的存在。究竟,這個蝶界的「小透明」是如何成長?又何以成為科學家們研發新型抗反射材料的重要靈感?Let’s check it out !

    玻璃翼蝶的成長日誌

    玻璃翼蝶,又名寬紋黑脈綃蝶(學名:Greta oto,俗稱透翅蝶),屬於鳳蝶總科的蛺蝶科(Nymphalidae),主要分布在中南美洲的雨林及山區。牠們的卵殼型態非常多變,有些如珍珠般光滑透亮,有些點綴上小撮鱗毛,有些具有雕刻般的紋路。

    玻璃翼蝶, 又名寬紋黑脈綃蝶 ,俗稱透翅蝶,為蛺蝶科寬紋黑脈綃蝶屬。圖/EOL

    幼蟲時,牠們主要吃的是夜香樹屬的植物,這類植物含有具毒性的生物鹼,且能夠存儲於幼蟲體內,當有些鳥兒吃了他們,輕則拉肚子,重則中毒身亡。玻璃翼蝶向來與眾不同,即便同屬鱗翅目(Lepidoptera),他們卻不與其他蝶一般擁有鱗翅目的招牌特徵 —— 成蟲全身布滿鱗毛,取而代之的是光滑剔透如玻璃般的翅膀,而成蟲的牠們一樣喜愛吃「毒」口味的食物,例如菊科(含生物鹼 (pyrrolizidine alkaloids))、馬纓丹屬植物,讓掠食者們敬而遠之。

    鱗翅目招牌特徵 —— 成蟲全身布滿鱗毛。圖/EOL
    可從罌粟分離出生物鹼-嗎啡。圖/維基百科

    隱形翅膀的誕生

    玻璃翼蝶是如何生成如此獨特的翅膀呢?帕特爾(Nipam H. Patel)和他的同事們首度將玻璃翼蝶詳細的成長時間序公開於《實驗生物學期刊》(Journal of Experimental Biology),他們分別在其成蛹不同時間點(16, 30, 48, 60 hr)進行解剖,並觀察其生成翅膀型態的變化(如圖一)。

    • 成蛹 16 小時

    起初牠們與其他鱗翅目物種一樣,蛹翅由一層輕薄、勻稱的上皮組織組成,接著許多表皮細胞已分化為平行排列的感覺器官前細胞(Sensory Organ Precursor cells , 以下簡稱 SOP 細胞)。在翅膀生成前期,帕特爾等人發現翅膀透明區域與非透明區域相比,具有較低密度的 SOP 細胞,因此他們猜測,玻璃翼蝶翅膀上形成透明區域及非透明區域的關鍵點就在於 SOP 細胞密度的差異,導致兩個區域的 SOP 細胞日後受到不同的調節,進而影響成體翅膀上兩區域的鱗片密度和表面翼膜分布具有極端的差異。

    • 成蛹 30 小時

    此時玻璃翼蝶身上的 SOP 細胞開始分化成為鱗狀細胞(scale cells)及似人類的神經膠質細胞的界面上皮細胞(socket cells),鱗狀細胞主要位於翅膀內部,而界面上皮細胞肌動主要負責連接每個鱗狀細胞,並位於翅膀較為表層的位置。此外,他們透過染色技術發現翅膀上開始出現由肌動蛋白組成的小圓柱狀增生鱗片,而這群增生鱗片甚至長到超出翅膀表面。這個階段的透明翼區域鱗片細胞型態跟不透明區域的未分化鱗片細胞一樣,像極了一個個被吹成橢圓狀的氣球。

    • 成蛹 48 小時

    鱗狀細胞開始延展並擴散生長,這時候透明翼區和非透明翼區要開始分道揚鑣了!非透明翼區(尤其是翅膀周圍有顏色的分界線)有很粗的肌動蛋白束,鱗片細胞呈圓扁狀;而透明翼區的鱗狀細胞開始向上延伸,並產生兩種型態(短小倒三角狀及狹長鬃毛狀)的細胞交替分布於其中。

    • 成蛹 60 小時

    透明翼區的短小倒三角鱗狀細胞們的兩個角角開始伸出「觸鬚」,形成兩個似觸角型的細胞並開始延伸生長,而長鬃毛鱗狀細胞的長度早已生長至一定長度,甚至還長到彎曲。非透明翼區的鱗狀細胞則會再長得更長、更寬、更平坦(葉狀),並在尖端處形成鋸齒狀。

    隨成蛹時間翅膀發育變化。 圖中洋紅色螢光為 SOP 細胞,綠螢光為肌動蛋白,粉紅色螢光為鱗狀細胞膜,成蛹 30 小時,透明翼區(Clear)與非透明翼區(Opaque)細胞分布密度差異大,成蛹 48 小時後兩區域細胞開始發展成截然不同的型態。 圖(一)/參考資料3

    我們之所以能看到非透明物體具有色彩,是由於物體會吸收部分光線,並將其他光線反射入我們的眼睛。反射程度主要取決於生物組織和環境介質之間的折射率差異,差異越大,表面反射越高。以會呈現透明的水生生物為反例,因為其組織與周遭環境(水)的折射率相近,因此他們就能施展「隱身術」。但是呢!在陸地上,要隱身可難囉~因為陸地生物組織的折射率(n=~1.3-1.5)和空氣(n=1)的折射率差異很大,所以易產生極大的表面反射。

    有色翅膀的蝴蝶擁有於一排排扁平、重疊的鱗片,每個鱗片都可以通過色素沉澱產生顏色,並與光於奈米結構層級上進行交互作用,產生所謂的「結構色(structural coloration)」,選擇性吸收特定波長的光,且使光發生散射、漫反射、衍射或干涉而產生各式炫麗色彩。相反地,像透明翼蝶與部分蛾類的翅膀之所以會呈現透明,讓光線穿透,並能夠從透明翅膀區域看見他們身後的物體,關鍵在於他們只含有一層幾丁質膜(chitin membrane,也稱甲殼質),這層膜並不會明顯地吸收或反射光線,因此光線能輕易透射這層膜。

    仿生靈感:抗反射材料的誕生

    然而,幾丁質膜的加持還不夠,因為幾丁質本身具高折射率(n=1.56),因此即便透明,還是會有反射光。為此,透明翼蝶的翅膀發展出一款新型態的「抗反射構造」,造就此構造的三大功臣:微小且垂直稀疏的鱗片、幾丁質組成的奈米柱、蠟質層。垂直的鱗片能順著光線移動,使光線更容易致穿透翅膀;奈米柱使翅膀顯得凹凸不平,不但能減少因相同角度反射所產生的眩光,還能使光線呈現漫反射的效果;可是,透過電子顯微鏡的觀察,科學家們發現透明翼蝶的透明翼區的漫反射率僅約 2 % (空氣與翅膀介面的比率),後來他們查出這是翅膀表面覆蓋蠟質層的功勞,蠟質層似緩衝膠,因為比空氣密度大,能緩衝光線穿透翅膀的速度,還能大幅減緩光線照射鱗片所產生的眩光,若去除透明翼區的奈米柱及蠟質層,則會使反射率提升 2.5 倍,使翅膀受光照而閃亮。

    這項驚人的發現不只有帕特爾等人注意到,卡爾斯魯厄理工學院(Karlsruhe Institute of Technology)的研究團隊也曾於 2015 年在《自然通訊》(Nature Communications)期刊發表,玻璃翼蝶翅膀表面不規則的奈米結構能降低反射,並透過蝕刻沈積技術(etching techniques)製造了仿透明蝶翅的塗層,厚度僅 500 奈米,且具有防水及自潔功能。

    雖然目前研究處於測試階段,但在未來可望將這類新型塗層應用於防眩光的眼鏡鏡片、相機鏡頭、3C 產品的螢幕上,還能用於太陽能板以提升太陽能轉換效率,甚至軍事領域能發展出「隱形效果」的武器或裝備,這就是透明翼蝶帶來的重大效應。

    卡爾斯魯厄理工學院研究團隊於 2015 年在《自然通訊》期刊中發表玻璃翼蝶翅膀表面不規則的奈米結構能降低反射。圖/參考資料4

    結語

    來自杜克大學的生物學家桑克‧強森(Sonke Johnsen)曾指出儘管許多具透明性質的物種都在身體結構上演化出奈米柱,但蠟質層倒是個令人費解的新發現,蝴蝶的幾丁質覆蓋層是個牢固的結構,為何還要加上蠟質層削弱其堅固度呢?因此他認為這個問題的解答或許會發掘出更多酷東西!不過一想到能在大太陽底下使用仿透明翼蝶的仿生手機,不再受惱人的反光所擾,這個對重度使用 3C 產品的捧由們已經是件很酷的事了!

    仿生透明翼蝶產品,對人類來說,是一個保護眼睛、免於反光摧殘的一項發明。 圖/GIPHY

    參考資料

    1. See through the Glasswing Butterfly’s Fascinating Wings
    2. New images clarify how glasswing butterflies make their wings transparent
    3. Developmental, cellular and biochemical basis of transparency in clearwing butterflies
    4. The role of random nanostructures for the omnidirectional anti-reflection properties of the glasswing butterfly
    5. How glasswing butterflies grow their invisible wings
    6. 抗反射塗層 仿透明蝶翼
    7. 科技大觀園:抗反射表面塗層仿生透明蝶翅
    8. 求真百科:玻璃翼蝶
    9. 寬紋黑脈綃蝶:形態特徵,棲息環境,生活習性,分布範圍,繁殖方式,種群現狀,保護級別
    10. MPlus | 隱形的翅膀:玻璃蝴蝶的透明演化之謎

    Curious曉白_96
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    對於科學新知充滿好奇心,對於一切新知都想通曉明白,期許自己有一天能成為有所貢獻於社會的曉曉科學家!
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