独特的适应性使野生动物能够在极端温度下生存，而这种温度会迅速杀死未受保护的人类。例如，某些动物能够承受严寒的天气，这要归功于构成其皮毛的中空毛发的隔热性能。人们对这些毛发知之甚少，但现在，研究人员发现它们的内部结构随着季节的变化而变化。
研究人员将于今天在美国化学会 (ACS) 春季会议上展示他们的研究结果。ACS 2024 年春季会议是一场混合会议，将于 3 月 17 日至 21 日举行;它包含近 12,000 个有关一系列科学主题的演示。
“对于某些动物来说，皮毛在夏季和冬季看起来有所不同，”正在进行这项研究的泰勒·米利特说。例如，雪鞋野兔在冬天变成白色，在夏天变成棕色。“但在我们正在研究的动物中，我们发现改变的不仅仅是毛发的外部颜色。内部微观细节也在发生变化，以使这些动物能够在其环境中继续生存。”
米利特是犹他理工大学机械工程专业的本科生，他的导师是化学副教授温迪·沙茨伯格和物理学教授塞缪尔·托布勒。Cristina De La Vieja Medina 是另一位参与该项目的本科生。
沙茨伯格和托布勒教本科生使用扫描电子显微镜 (SEM)，该显微镜用电子轰击样品，产生清晰揭示微观细节的图像。“一旦学生们学会了如何使用 SEM 来研究小颗粒，我们就会让他们自由地研究他们感兴趣的其他样品，”Schatzberg 说。“泰勒决定挑选动物毛发。在她让我们注意到动物毛发之前，我从来没有对它特别感兴趣，但它很迷人。”
自称喜欢户外活动的米利特听说过叉角羚的毛发是中空的，但没有人对此了解得更多。“所以我决定将其切开并使用扫描电镜看看发生了什么，”她回忆道。就上下文而言，叉角羚毛发的长度范围为 5 至 15 厘米(小于 6 英寸)，具体取决于其在动物身上的位置。羚羊毛发的平均直径为440微米。
然后她问导师是否可以做额外的学习。她选择了大型猎物，因为其他机构之前的研究主要集中在绵羊或美洲驼等家养动物上。“没有人涉足野生动物，因为获取它们的毛发比较困难，”米利特说。
除了叉角羚之外，她还选择了黑尾鹿和落基山麋鹿，这些猎物都可以在校园附近找到。她从当地野生动物标本剥制师和犹他州野生动物资源部(该部门负责收集被汽车撞到的动物)获得了冬季和夏季的动物毛发样本。Millett 和 De La Vieja Medina 将毛发切开，镀金以提高 SEM 图像分辨率，然后检查并测量海绵状的内部结构。这些结构由随机集合的微小空腔或气穴组成，类似于凌乱的蜂窝。
学生们发现，在夏季和冬季的头发中，头发周边附近的气穴比核心处的气穴小得多。此外，这三个物种的冬季毛发比夏季毛发具有更大的气穴。例如，长耳鹿冬季气穴的平均直径为 26 微米，而夏季气穴的平均直径为 13 微米。因此，夏季头发的核心比冬季头发更密集。“这非常有趣，因为这些口袋形成了一个绝缘屏障，可以让动物在冬天保持温暖，”米利特说。
为了确定这些发现是否适用于其他动物，包括熊、山狮和山猫等掠食性物种，米利特正在联系世界各地的动物园以获取毛发样本。沙茨伯格指出，研究人员还想评估地理位置和气候如何影响结果。“只有我们地区是这样吗?季节之间的温差是多少?有时这里夏季和冬季的温差非常大，”她说。“所以有所有这些变量需要检查。”
米利特正在考虑如何应用结果。一种潜在的应用是用于房屋和野营装备的合成绝缘材料。
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