【動物科學】狗爪的秘密

■小狗在雪地裡追飛盤或打滾都不用擔心被凍傷,這多虧了牠們腳掌裡的血管組織結構。

圖片來源:Jorgen Larsson│Getty Images

編譯│張孝耘

活潑的小狗可以用四隻腳爪踩著寒冷的冰雪,滑過結冰的池塘或在雪堆裡嬉戲。但想像一下,如果是人赤手赤腳地在這麼寒冷的地方,皮膚可能會被冰得受傷,這種症狀稱為凍瘡(frostbite)。日本的科學家說他們已找出為什麼狗可以在雪地裡活蹦亂跳不怕得凍瘡的原因了。

科學家報告說,狗的腳爪不會凍僵是因為皮膚下面的血管組織結構可以維持適宜的溫度,進而保留體熱,不然很容易就會從毛髮不生的腳掌處流失。

在東京的山崎學園大學(Yamazaki Gakuen University)的動物解剖學家二宮博義(Hiroyoshi Ninomiya)帶領了這個對狗爪子的研究。他表示,日本的瀝青在暑假期間可以熱到攝氏66度(華氏150度),而同樣的路面,在冬季可能會降到大約攝氏-9度(華氏15度)。

二宮說:「我一直很好奇狗的腳掌怎麼能忍受這麼大的溫差。」

哺乳動物如北極狐和北極狼會經常性地踩在冰上,已有其他的科學家對其研究指出,動物腳爪的肉墊之所以能保持溫暖,要感謝增加的血液流量。所以二宮想知道狗是否也經由同樣的過程來幫助腳爪保暖。

他和他的同事們用掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,簡稱SEM )拍下小獵犬腳爪血管的照片,這種儀器會對目標發射電子束。電子是構成原子的一種小粒子。然後測量電子被吸收、改變或反射的情況。SEM讓科學家可以觀察到自然界中用普通顯微鏡所看不到的微小部分。

日本的科學家們發現狗腳爪裡的靜脈(藍色)貼著動脈(紅色)流過。從心臟流過來溫暖的動脈血加熱了較冷的靜脈,而靜脈的血又將熱送回動物體內。來源:二宮博義

科學家們研究的血管分別為動脈和靜脈。動脈把溫熱的血液從心臟輸送到身體的其他部位,靜脈則帶血液流回心臟。科學家們發現,運送溫暖血液到狗腳爪的動脈,其四周圍繞著靜脈。由於這兩組血管非常接近,因而可進行熱能交換,於是溫暖的動脈暖和了較冷的靜脈。

因此,腳爪的溫度得以保持穩定。溫暖的血液到達腳掌肉墊的表面防止凍傷,而且沒有讓動物散掉太多身體的熱量。

科學家將這種系統稱為逆流熱量交換(counter-current heat exchanger)。雖然在其他動物身上曾看到過這種現象,但二宮和他的同事們是首批在狗身上觀察到這套系統的研究人員。企鵝、鯨魚和海豹等動物利用牠們腳、翅膀和鰭狀肢裡的逆流熱量交換作用來保持體熱的穩定。二宮說,他們發現狗的腳爪有像企鵝一樣的保暖系統,覺得很興奮。

科學家們還發現,狗腳爪的血管會隨溫度變化而打開關閉,如此可以根據各部位的需要來控制血液的流量。

二宮以前研究過鳥類、兔子耳朵和鯨魚眼睛的血管,接下來,他表示要仔細研究貓的爪子。家犬和許多寒帶地方的動物有關連,牠們的身體都需要能調節熱量。但貓,則相反,是在溫暖的氣候下進行演化的。

他說:「我想知道貓爪是否有像狗一樣的逆流熱量交換機制。」
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 研究出處:No frostbite for dogs
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責任編輯:Nita Hsu


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