猫は本当に自分が液体だと思っているのでしょうか？どこからでも入場できます

制作：中国科学普及協会

著者: 蘇成宇

プロデューサー: 中国科学博覧会

「猫は液体だ」というのは冗談ではありません。 2017年、イグノーベル物理学賞を受賞したMAファルディン氏は、レオロジーという概念に基づいて猫の身体的状態について論じました。つまり、物質は時間に応じて固体または液体として振る舞うことができます。鍵となるのは観測時間の長さであり、これは「デボラ数（De）」によって測定されます。このパラメータは、イスラエル工科大学の教授である Markus Reiner 氏によって初めて提案され、流体の粘弾性を測定するパラメータの 1 つとして使用できます。

猫は「液体」です

(画像提供: Treplus Communities)

猫は短時間、その形を保つため固体のように振る舞います。時間が経つにつれて、猫はゆっくりと流れて容器の形状に適応できる液体のようになります。たとえば、猫はボウルに「流れ込む」ことができます。

子猫は箱の中に潜り込むのが大好き

（写真提供：veerフォトギャラリー）

科学者たちはまた、猫がざらざらした表面では「広がる」が、滑らかな表面では「滑る」など、さまざまな表面上での猫の液体のような行動を観察した。一般的に、猫は、外部からの力で押す必要がある通常の受動的な流体とは異なり、自ら移動して形状を調整できる「能動的な流体」であり、その流動挙動はより複雑になります。

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猫が液体であるためには、体が十分に柔らかいことが前提ですが、人間の場合、頭は通り抜けられても体は通り抜けられない可能性があります（ここで、鉄柵を軽々しくドリルで貫通しないよう皆さんに注意喚起しておきます）。猫の場合、頭が通るなら体も必ず通るはずです。その主な理由は、人間には鎖骨があるからです。肩の幅は鎖骨の長さと位置によって決まり、この構造は人間では固定されています。

猫の鎖骨

（画像出典：参考資料2）

しかし、猫の鎖骨は、はっきりとした鎖骨を持つ人間とは異なり、基本的に退化しています。猫は鎖骨の制限がなければ、ある程度体を圧縮して「流動性」を発揮することができ、狭い隙間を「通り抜ける」ことができるのです。さらに、猫の背骨には 30 個の椎骨が含まれており、これは人間の背骨よりも少し少ない数です。

レントゲン写真に写った猫の背骨（画像出典：参考文献4）

猫のX線分析と角度測定により、猫の脊椎はねじれ（脊椎の縦軸を中心とした回転運動）に対して極めて高い柔軟性を持ち、特に中胸椎（T4～T11）のねじれの範囲が非常に広いことが分かりました。実験では、猫の背骨が最大限にねじれたときの角度の変化を測定したところ、ねじれ角度は180度に近いことが分かりました。

猫の脊椎の椎骨間のスペースは広く、椎間板は非常に柔軟性があり、脊椎の優れた可動性に貢献しています。この構造により、猫の背骨は前後に曲がるときに大きな弧を描くことができ、「バネのような」効果が得られ、素早く体をひねったりジャンプしたり、狭い場所を通り抜けたりできるようになります。

さらに、筋肉や靭帯の柔軟性も重要です。 1981年、科学者たちは猫にできるだけ高くジャンプさせてその筋肉がどのように働くかを観察する実験を行った。ジャンプなどの動作中、猫の後ろ肢の筋肉（半腱様筋、腓腹筋、長指伸筋など）が高度に協調した活動を示すことが発見されました。これらの筋肉の活動は、ジャンプ中に筋電図（EMG）を使用して記録され、準備段階とパワー段階における異なる反応を示しました。

この実験では、ジャンプ中の猫の後肢の地面反力も測定し、股関節、膝関節、足首関節の角度変化も分析した。これらのデータは、猫の関節が動作中ずっと広範囲の可動域を維持し、最大のジャンプ高さを達成するのに役立っていることを示唆しています。猫の筋肉と靭帯は非常に柔軟性があり、狭い場所でも体の位置を調整するのに役立ちます。

猫はそれが「液体」だと知っているのでしょうか？

猫が引き出しから出てきた

（写真提供：veerフォトギャラリー）

2024年の実験で、ペーテル・ポングラーツは徐々に狭くなるドア枠に似た特別な実験装置を製作しました。彼らは、さまざまな年齢、大きさ、品種の飼い猫30匹を集めました。

猫たちは、次第に狭くなる一連の開口部に直面しようとしており、科学者たちは、猫たちが自分の体の大きさを正確に認識しているかどうか、つまり、猫たちが次第に狭くなる開口部を通り抜けられるかどうかを事前に判断しているかどうか、あるいは「試してみて様子を見る」アプローチに頼っているかどうかを観察することになっていた。

オープニングの例

（画像出典：参考1）

実験は必ずしも順調に進んだわけではなかった。猫は実験で扱うのが非常に難しいことで有名だからだ。ある実験中に、ポングラーツは猫が換気ダクトに逃げ込んだことを発見した。科学者がすべての準備を整え、狭い開口部を注意深く設計し、猫の飼い主が反対側に立って、猫の好物であるおやつで猫を誘惑しているのに、猫は無関心で、代わりに、この「愚かな」人間をあざ笑うかのように足を舐め始めると想像してください。結局のところ、実験に参加する猫に対する唯一のルールは、猫が望まない限り、これだけです。

まず、開口部はほとんどの猫が簡単に通り抜けられるほど広いです。しかし、隙間が狭くなると、立ち止まる猫も現れました。猫たちはその狭い通路を注意深く観察し、中にはそこを試してみる猫もいれば、方向転換して他のルートを探す猫もいました。

科学者たちは、猫が狭くても十分に高い開口部に直面したとき、即座に判断を下すのではなく、その開口部に近づいて「試す」ことに気づいた。彼らの鼻とひげは、通り抜けられるかどうかを確かめるかのように、開口部の端に軽く触れていました。研究者らは、幅が12cmのときは約70%の猫が通過を試みたものの、幅が7cmに狭まると、この割合は急速に15%に低下したことを観察した。どうやら、開口部の幅が10cm未満になると、猫はより警戒するようになったようです。実験が進むにつれて、開口部の高さは徐々に低くなりました。

通り抜けられそうな気がしたら、彼らは大胆に前進し、体を少し圧縮して、開口部を素早く通り抜けます。しかし、より大きな猫は、開口部が狭くなりすぎると立ち止まって試みを諦める傾向が強かった。この時点で、猫は自分の体の形を意識し始めます。

驚いたことに、猫は高さ15cm未満の開口部に直面したとき、より躊躇する傾向を示しました。科学者たちは猫の行動を記録した。開口部の高さが20センチ以上のときは、ほぼすべての猫が通り抜けようとし続けたが、高さが15センチに下がると、80％以上の猫が立ち止まり、かなりためらった様子を見せた。障害物を迂回することを選んだ猫もいれば、諦めてさらなる指示を待つ猫もいました。

観察の過程で、科学者たちはいくつかの個体差も発見した。若い猫や小型の猫は狭い隙間を通過する際、より大胆に行動する一方、年老いた猫や大型の猫はより慎重に行動する傾向が見られた。

平均して、体重が 5 kg を超える猫は、幅が 9 cm 未満の開口部に直面すると、試みを諦める可能性が高くなります。体重が4kg未満の猫の場合、開口部が6cmに狭くなっても半数以上が通り抜けようとします。言い換えれば、場合によっては、猫は実際に自分自身を、どんな開口部でも自由に通過できる液体だと考えているのです。

簡単に言えば、猫が液体であるならば、猫にも 1 つの次元しかなく、高さは限られているが幅は無制限の液体です。

子猫が隙間から現れた（画像出典：YouTubeユーザーが投稿したコンテンツのスクリーンショット）

結論

同じ問題に直面しても、犬はまったく異なる方法で対処します。数年前、ポングラーツ氏は同じ実験に参加するために数匹の犬を募集した。研究によると、犬は通行に適さない小さな隙間に遭遇すると、速度を落とし、通り抜けるのをためらい、時には迂回することを選択するそうです。犬たちは明らかに、身体感覚に優れ、開口部の大きさに基づいて近づく前に判断を下していることがわかります。

この対比は、2 種類の動物の大きさに対する認識の違いを示しています。犬は、特に狭い環境に直面したときに、より強い大きさの認識に頼る傾向がありますが、猫は狭い空間に対処するために、柔軟性と試行錯誤の戦略に頼る傾向があります。ポングラーツ氏の言葉を借りれば、「猫は液体かもしれないが、流れを止めるべき時も知っている。」

参考文献:

[1]Pongrácz P. 猫は（ほぼ）液体です！—猫は短い隙間を通り抜けるときに、体の大きさの認識に選択的に頼ります[J]。 iScience、2024年。

[2]Zajac FE、Zomlefer MR、Levine W S.猫が最大限達成可能な高さまでジャンプする際の後肢筋活動、運動学および運動学[J]。実験生物学ジャーナル、1981年、91(1):73-86。

[3]Fardin M A.猫のレオロジーについて[J]レオロジー速報、2014年、83(2):16-17。

[4]Macpherson JM、Ye Y.猫の脊柱：立位構成と可動域[J]。実験脳研究、1998年、119:324-332。