Katten zijn bijna net zo dol op het verzorgen van zichzelf als op slapen. En ze kunnen tot wel een kwart van hun waakzame uren besteden aan het schoonlikken van hun vacht. Het geheim van hun zelfreinigende succes? De stekeltjes op hun tongen zijn hol en gebogen, aldus een wetenschappelijk artikel dat deze week in het vakblad PNAS werd gepubliceerd. Met behulp van deze kleine stekeltjes – papillen genaamd – kan een kat grote hoeveelheden speeksel van zijn bek op zijn vacht overbrengen, waardoor hij zichzelf niet alleen grondig reinigt maar ook zijn lichaamstemperatuur verlaagt terwijl het speeksel verdampt.
“Een kattentong werkt als een zeer slimme kam,” zegt David Hu, bio-ingenieur aan de Georgia Tech en hoofdauteur van de nieuwe studie.
De resultaten leveren niet alleen inzicht op in het schoonmaakproces van een van ‘s wereld populairste huisdieren, maar zijn ook de inspiratie geweest voor een nieuw type borstel, genaamd de TIGR (Tongue-Inspired GRooming). Met de buigzame en gebogen borstelhaartjes van de TIGR kunnen net als op een kattentong loszittende haren gemakkelijk worden verwijderd uit zowel mensenhaar als kattenvachten. En de borstel kan met één veeg van een vinger worden schoongemaakt. Het zou zelfs mogelijk zijn om katten minder allergeen te maken door hun vacht van overtollige schilfertjes te ontdoen, zegt Hu.
De onderzoekers ontdekten dat de schepvormige papillen op de kattentong de dieren in staat stelt om speeksel tot op de huid aan te brengen, wat zou kunnen leiden tot nieuwe benaderingen voor het schoonmaken en bevochtigen van allerlei harige, donzige en pluizige oppervlakken. “Het opbrengen van vloeistoffen is een probleem voor dieren en voor ingenieurs,” zegt Sunghwan ‘Sunny’ Jung, een bio-ingenieur van de Cornell University die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. “Dit onderzoek toont aan dat wetenschappers de fysica van diergedrag kunnen gebruiken om antwoorden op fundamentele kwesties te vinden,” zegt hij.
Kat-scan
Alexis Noel, een promovendus van Hu, raakte geïnteresseerd in het schoonmaakproces bij katten toen ze zag dat de tong van haar huiskat steeds bleef haken toen het dier een dekentje van microvezels probeerde schoon te likken. Noel had haar kat al talloze keren bij het schoonmaken bekeken, maar toen ze zag hoe hij het pluizige dekentje probeerde schoon te likken, begon ze met nieuwe ogen naar het proces te kijken.
De scherpe stekeltjes of papillen waarmee de tong van een kat is bedekt, geven het orgaan zijn bekende textuur van schuurpapier. Het waren deze stekeltjes die bleven haken in het dekentje van Noel. Ze wilde begrijpen waarom de papillen zo goed waren in het ontwarren van vachten (en dekentjes). Bladerend door de bestaande literatuur over het onderwerp, ontdekte Noel dat wetenschappers vrijwel geen aandacht hadden besteed aan de biomechanica achter het schoonlikken bij katten. Hu en Noel besloten om daar verandering in te brengen.
Maar eerst hadden ze kattentongen nodig. Het was niet moeilijk om aan kattentongen van overleden huiskatten te komen, maar bij wilde katachtigen lag dat anders.
“Er zijn maar weinig tongen van wilde katten voorhanden,” zegt Hu.
Nadat ze maandenlang bij dierentuinen en wildreservaten hadden gebedeld, hadden ze eindelijk genoeg monsters om aan de slag te gaan. Aan de hand van de tongen van zes soorten katachtigen – huiskatten, rode lynxen, poema’s, sneeuwluipaarden, tijgers en leeuwen – begonnen Noel en Hu de papillen nader te onderzoeken net behulp van een micro-CT-scanner. In een paper uit 1982 stond dat kattenpapillen de vorm van holle kegeltjes hadden, maar dankzij de modernere technologie van de Georgia Tech ontdekten de wetenschappers dat de stekeltjes naar achteren (richting de keel) waren gebogen.
Het verschil lijkt subtiel, maar dat is het niet, zegt Hu. Door de gebogen vorm van de papillen kan een kat vloeistof optillen met behulp van de oppervlaktespanning van water – iets dat met holle kegeltjes onmogelijk zou zijn.
“Op deze kleine schaal maken die verschillen heel veel uit,” zegt Hu.
Hoewel elke papil maar een minuscule hoeveelheid van een waterdruppel (om precies te zijn 4,1 microliter) kan opscheppen, kan een kat in de loop van een dag gemiddeld 48 milliliter op zijn vacht opbrengen, oftewel een vijfde van een glas water.
In de knoop
De onderzoekers zagen ook dat de richting van de papillen niet vaststond. Op extreem vertraagde video’s van drie kortharige huiskatten die zichzelf schoonlikten, was te zien dat de papillen omdraaiden wanneer de kattentong op een knoop in het vachthaar stuitte. Door deze rotatie drongen de stekeltjes verder in de warrige vacht door en kon de knoop uiteindelijk worden losgetrokken.
Deze flexibiliteit is volgens Hu een belangrijke reden waarom met zulke relatief korte stekeltjes niet alleen de bovenlaag van langere vachtharen schoongelikt kan worden, maar ook de onderlaag van dikkere haren vlak boven de huid. De onderzoekers ontdekten dat alle kattensoorten zelfs met een geringe druk van de tong zichzelf tot op de huid konden schoonlikken. De enige uitzondering daarop was een Pers, een huiskattenras dat dagelijks geborsteld moet worden om te voorkomen dat zich matten in de vacht vormen.
Maar al dit gelik was niet alleen bedoeld om de katten er op hun paasbest uit te laten zien. Uit opnamen van warmtecamera’s bleek dat het schoonlikken ook hielp bij de koeling van de kat, waarbij een temperatuurverschil van tot wel 17 oC tussen de huid en de bovenlaag van de vacht optrad als gevolg van de verdamping van het speeksel.
Oog van de TIGR
Meer inzicht in de wijze waarop katten zich schoonhouden, was zeker interessant, maar als ingenieur wilde Hu verdergaan. Toen zijn kinderen last hadden van luizen, moest Hu in een drogisterij lang zoeken naar de juiste borstel om de mijten uit hun haar te kammen en hij was daarna urenlang bezig om de laatste sporen van de mijten te verwijderen. Na een korte zoektocht op het internet bleek dat kammen in de afgelopen tienduizend jaar amper zijn veranderd. Door hun onderzoek begonnen Hu en Noel te overwegen om de kattentong als inspiratiebron voor een beter soort borstel te gebruiken.
“Het is heel leuk om tijdens het onderzoek naar het schoonlikken bij katten ook naar nieuwe materialen te zoeken. Het toont aan dat je niet naar afgelegen wouden hoeft te gaan om iets bruikbaars te vinden,” zegt Sylvain Deville, een ingenieur van het Franse Centre national de la recherche scientifique (CNRS) die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken.
Gebruikmakend van een polymeer op siliconenbasis, printte het duo met een 3D-printer een kleine, flexibele borstel uit die ongeveer zo groot was als twee wijsvingers naast elkaar. De haartjes van de borstel waren vergrootte versies van kattenpapillen. Toen Noel en Hu de prestaties van hun TIGR-borstel vergeleken met een gewone haarborstel, ontdekten ze dat de TIGR met minder kracht méér knopen uit een ‘vacht’ van nylonbont kon verwijderen dan de haarborstel. Ook kon Noel de losse haren uit de vacht met één veeg van haar vinger van de borstel verwijderen, in plaats van de haren een voor een met een pincet te moeten verwijderen.
De TIGR zou ook een beter alternatief voor het borstelen van katten zelf kunnen zijn, want sommige huiskatten haten de bestaande borstels die op de markt zijn. De zachtheid en flexibiliteit van de TIGR zou meer kunnen lijken op de eigen schoonmaakervaring van de kat en daardoor verdraaglijker zijn – voor de kat en voor zijn baasje.
De TIGR is een schoolvoorbeeld van op biologie geïnspireerd design, zegt Megan Schuknecht, directeur designuitdagingen aan het Biomimicry Institute in Missoula, Montana. “We houden katten al eeuwenlang als huisdieren, maar niemand was nog op het idee gekomen om eens verder te kijken,” zegt zij.
Toch denkt Jung dat de TIGR-borstel nog niet geschikt is voor massaproductie. “Hij zal nog op talloze manieren verbeterd moeten worden voordat hij in de echte wereld kan worden gebruikt,” zegt hij.
Hu en Noel hebben al een patent op de TIGR aangevraagd en hopen dat de borstel niet alleen voor het schoonborstelen gebruikt kan worden, maar ook voor het opbrengen van crèmes en lotions op de kattenhuid (dus zonder dat de vacht daarvoor weggeschoren hoeft te worden) en voor het ontwarren van textielvezels.
Katten heersen momenteel op het internet, maar met de TIGR-borstel zouden ze een stukje dichterbij de volledige wereldheerschappij zijn.
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
