被譽為「現代科學之父」的物理學大師伽利略曾提出一個全新的概念：當動物變大時，骨頭形狀必須改變，才能維持同樣的功能，否則大型動物就必須改變行動的方式，或使用更強韌的材料。將近四百年後的今天，國立中興大學物理學系助理教授紀凱容透過科學方法證實，哺乳類動物的腳底面積不必隨著體重成比例地增加，關鍵在於「足底脂肪墊」改變了材料特性。 這項研究獲英國皇家學會刊載於二月出版的學術期刊【界面】（Journal of the Royal Society, Interface），旋即受到各國科學媒體如Science Daily的矚目與報導。 站在現代科學原點的伽俐略在其著作【關於兩門新科學的對話】中，曾經兩度談到生物物理學的問題。他指出，當動物骨頭的長度增加時，寬度必須「不成比例」地增加才能維持相同的功用，否則大型動物的動作就必須更加小心翼翼，或是改用更強韌的骨骼材料。但至今多數學者提出和伽俐略不同的意見，他們發現，骨頭長度與寬度接近「等比例」生長，而無論體型大小，骨頭或肌肉的材料變化並不大。 紀凱容與美國杜克大學生物學系的羅絲教授合作，研究各種哺乳動物的天然鞋墊「足底脂肪墊」。她們發現「足底脂肪墊」富含動物性蛋白質「膠原纖維」，除了支撐體重外，還具備協調四肢骨骼肌肉，提升運動效率的功能，因此越重的動物，足底脂肪墊就越硬。 在這項研究中，紀凱容找出47種腳跟離地的食肉目哺乳動物體重和腳面積間的相關性，發現體重增加時，腳面積並沒有成比例地增加。然而越重的動物，腳底承受壓力越大，但令人驚訝的是，大型動物的『鞋墊』並不會因此而被壓壞，因為其中的「膠原纖維」含量增加，有效地分散了壓力，同時也增加天然鞋墊的硬度和強度。這個發現證實了伽俐略所說，大型動物使用更強韌的材料，來彌補形態比例上的不足。 這個研究成果於二月底發表在英國皇家學會的跨領域期刊【界面】（Journal of the Royal Society, Interface）中，旋即受到各國科學媒體如Science Daily等的矚目與報導，權威科普雜誌 Scientific American（中文版為【科學人】雜誌）更為此特別製作了「60秒科學」的多媒體報導。 紀凱容說，以常被人們形容為大貓的老虎為例，如果將500公克的輕盈小貓放大成160公斤重的壯碩大貓時，沒有把腳放大成像犀牛的腳那麼大，肯定沒跑幾步就撐不住了。老虎之所以沒有拖著巨大笨拙的犀牛腳，能在叢林裡虎虎生風地跳躍奔馳，是因為演化巧妙地替老虎選擇了「更硬的鞋墊」。 紀凱容指出，哺乳動物終其一生只能穿著與生俱來的天然鞋墊，追趕跑跳應付自如；而人類卻得投入大量資金研發，幾十年下來才勉強做出能在提升運動效能之餘，也能減少運動傷害。她表示，這個研究成果或可提供未來設計運動鞋以及選擇鞋墊材料上的靈感。 圖說：紀凱容以非洲野生動物「斑點鬣狗」說明動物的足底脂肪墊。