Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν το μυστικό για το πώς τα πόδια του γκέκο παραμένουν κολλώδη

Μεγέθυνση / Από κοντά τα δάχτυλα των ποδιών ενός γκέκο Tokay. Έχουν πολλές μικροσκοπικές τρίχες ανά πόδι που ονομάζονται τρίχες, καθεμία από τις οποίες χωρίζεται σε εκατοντάδες ακόμη μικρότερες τρίχες που ονομάζονται σπάτουλες. Αυτά βοηθούν στη μεγιστοποίηση της επαφής με μια επιφάνεια.

Τραγούδι Yi

Οι γκέκο είναι γνωστό ότι είναι έμπειροι ορειβάτες, ικανοί κολλήστε σε οποιαδήποτε επιφάνεια χάρη στις μικροσκοπικές δομές που μοιάζουν με τρίχες στο κάτω μέρος των ποδιών τους. Μαζί με συναδέλφους από το Όρεγκον, τη Δανία και τη Γερμανία, ερευνητές από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) εξέτασαν πιο προσεκτικά αυτές τις δομές χρησιμοποιώντας ένα σύγχροτρον υψηλής ενέργειας, αποκαλύπτοντας ότι είναι επικαλυμμένες με ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα μορίων λιπιδίων. . σε κατακόρυφο προσανατολισμό, σύμφωνα με α πρόσφατη ανάρτηση δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Biology Letters.

Αυτές οι μικροσκοπικές μικροσκοπικές τρίχες ονομάζονται τρίχες, η καθεμία χωρίζεται σε εκατοντάδες ακόμη μικρότερες τρίχες που ονομάζονται σπάτουλες. Είναι γνωστό από παλιά ότι σε μικροσκοπικές κλίμακες, τα λεγόμενα δυνάμεις van der Waals— οι ελκτικές και απωστικές δυνάμεις μεταξύ δύο διπολικών μορίων — γίνονται σημαντικές.

Ουσιαστικά, οι τούφες από μικροσκοπικές τρίχες στα πόδια του γκέκο έρχονται τόσο κοντά στα περιγράμματα των τοίχων και των οροφών που τα ηλεκτρόνια από τα μόρια των μαλλιών του γκέκο και τα ηλεκτρόνια από τα μόρια του τοιχώματος αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και δημιουργούν ένα ηλεκτρομαγνητική έλξη. Αυτό είναι που επιτρέπει στα geckos να σκαρφαλώνουν αβίαστα σε λείες επιφάνειες όπως το γυαλί. Οι αράχνες, οι κατσαρίδες, τα σκαθάρια, οι νυχτερίδες, οι δεντροβάτραχοι και οι σαύρες έχουν όλα κολλώδη μαξιλάρια διαφορετικών μεγεθών που χρησιμοποιούν αυτές τις ίδιες δυνάμεις.

READ  Η ηχολαλία μπορεί να είναι ένα πρώιμο σύμπτωμα της νόσου του Αλτσχάιμερ

Τα γκέκο και τα ασυνήθιστα πόδια τους ενδιαφέρουν εδώ και καιρό τους επιστήμονες. Το 2013, για παράδειγμα, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα σχεδίασαν ένα επαναχρησιμοποιήσιμη ξηρή κόλλα εμπνευσμένο από τα πόδια του γκέκο που πιάνουν εύκολα σε λείες επιφάνειες, πιάνουν δυνατά όταν σπρώχνονται προς τα εμπρός και γλιστρά όταν τραβιέται προς τα πίσω. Το μυστικό αυτής της κατευθυντικότητας ήταν η γωνία και το σχήμα των ημικυλινδρικών ινών που κατασκευάζονται στην κόλλα με βάση τη σιλικόνη. Πιέζοντας την επίπεδη πλευρά προς τα κάτω παρήγαγε μια μεγαλύτερη περιοχή για να κολλήσει σε μια γυάλινη επιφάνεια. Το τράβηγμα των ινών με τη στρογγυλεμένη πλευρά προς τα κάτω μείωσε την επιφάνεια έτσι ώστε η κόλλα να μπορεί να γλιστρήσει εύκολα.

Το 2020, οι επιστήμονες του Μπέρκλεϋ διερεύνησε γιατί Τα μαλακά, τριχωτά δάχτυλα των ποδιών γκέκο “εξέχουν” μόνο προς μία κατεύθυνση. Τραβήξτε το ένα πόδι προς τη μία κατεύθυνση και τα δάχτυλα του γκέκο θα κολλήσουν σε μια επιφάνεια. Αφήστε το πόδι και τα δάχτυλα των ποδιών θα «ξεφλουδίσουν» προς την αντίθετη κατεύθυνση, αν και αυτό δεν εμποδίζει το ευκίνητο gecko να κινηθεί όπως νομίζει. Οι επιστήμονες βρήκε αυτό Τα γκέκο μπορούσαν να τρέξουν στο πλάι όσο γρήγορα ανέβαιναν, χάρη στην ικανότητα να ευθυγραμμίζουν εκ νέου τα δάχτυλα των ποδιών τους. Τα πολλά δάχτυλα των ποδιών βοηθούν τα γκέκο να προσαρμοστούν ώστε να κολλήσουν σε ολισθηρές ή ανώμαλες επιφάνειες. Τα δάχτυλα των ποδιών που διατηρούσαν επαφή με την επιφάνεια μπορούσαν να αλλάξουν προσανατολισμό και να κατανείμουν καλύτερα το φορτίο. Και επειδή τα δάχτυλα των ποδιών είναι μαλακά, τα ζώα θα μπορούσαν να προσαρμοστούν πιο εύκολα σε τραχιές επιφάνειες.

Παρ’ όλα όσα μάθαμε, λίγα είναι γνωστά για τη λεπτομερή χημεία της επιφάνειας των μαξιλαριών gecko, ειδικά των δοντιών. Ως εκ τούτου, οι συντάκτες αυτού του τελευταίου άρθρου προσπάθησαν να μάθουν περισσότερα, με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τον σημαντικό ρόλο που θα μπορούσε να παίξει το νερό στην επιφανειακή πρόσφυση. «Γνωρίζαμε ήδη πολλά για τη μηχανική λειτουργία των μεταξιών», είπε ο φυσικός του NIST και συν-συγγραφέας Cherno Jaye. «Έχουμε τώρα μια καλύτερη κατανόηση του πώς λειτουργούν όσον αφορά τη μοριακή δομή».

Σύμφωνα με τους συγγραφείς, πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει την παρουσία υδατοαπωθητικών μορίων λιπιδίων σε ίχνη γκέκο και δίκτυα τριχών γκέκο (αυτά μπορούν επίσης να βρεθούν στην επιδερμίδα των ερπετών, διατεταγμένα σε μοτίβο από τούβλα και κονίαμα). Το μικροσκόπιο σύγχροτρον του NIST είναι κατάλληλο για μια πιο προσεκτική ματιά στη μοριακή δομή, επειδή είναι σε θέση όχι μόνο να αναγνωρίζει μόρια στην επιφάνεια τρισδιάστατων αντικειμένων, αλλά και να αποκαλύπτει ακριβώς πού βρίσκονται και πώς είναι προσανατολισμένα.

Αυτή η λεπτή μεμβράνη λιπιδίων (πάχους μόλις ένα νανόμετρο) θα μπορούσε να χρησιμεύσει για να απωθήσει το νερό κάτω από τα κουταλάκια του κουταλιού, εικάζουν οι συγγραφείς, επιτρέποντας στα κουταλάκια να έρθουν στενότερη επαφή με την επιφάνεια, βοηθώντας τα γκέκο να διατηρήσουν την πρόσφυσή τους σε υγρές επιφάνειες. Επιπλέον, οι τρίχες και οι σπάτουλες αποτελούνται από πρωτεΐνες κερατίνης, όπως ακριβώς και οι πρωτεΐνες στα ανθρώπινα μαλλιά και νύχια. Η ανάλυση αποκάλυψε ότι η ευθυγράμμιση των ινών κερατίνης είναι προς την κατεύθυνση των τριχών, που θα μπορούσε να είναι ο τρόπος με τον οποίο αντιστέκονται στην τριβή.

Τα πόδια Gecko έχουν εμπνεύσει πολλές ενδιαφέρουσες εφαρμογές στο παρελθόν, συμπεριλαμβανομένης της κολλητικής ταινίας, της προαναφερθείσας κόλλας, ενός “κολλώδες ρομπότ« ρομπότ αναρρίχησης με συνθετικές τρίχες, και μάλιστα (δεν κάνω πλάκα) α Σχέδιο σουτιέν στράπλες. Τζέι et al. Φανταστείτε “μπότες gecko” που μπορούν να κολλήσουν σε βρεγμένες επιφάνειες ή “γάντια gecko” για να πιάσουν καλύτερα τα βρεγμένα εργαλεία ως πιθανές εφαρμογές της τελευταίας τους έρευνας.

“Το πιο συναρπαστικό πράγμα για μένα σχετικά με αυτό το βιολογικό σύστημα είναι ότι τα πάντα είναι τέλεια βελτιστοποιημένα σε όλες τις κλίμακες, από μακρο σε μικρο έως μοριακά.” είπε ο συν-συγγραφέας Stanislav Gorb, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Κιέλου στη Γερμανία. «Μπορεί να βοηθήσει τους βιομιμητικούς μηχανικούς να ξέρουν τι να κάνουν στη συνέχεια».

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.