Zinātnieki gūst jaunu priekšstatu par noslēpumu, kā paliek lipīgas gekonu pēdas

Gekons ir slavens ar to, ka ir eksperts un spējīgs kāpējs pielīp pie jebkuras virsmas Pateicoties sīkajām matiņiem līdzīgām struktūrām viņu pēdu apakšā. Kopā ar kolēģiem Oregonā, Dānijā un Vācijā, Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta (NIST) pētnieki rūpīgāk aplūkoja šīs struktūras, izmantojot augstas enerģijas sinhrotronu, atklājot, ka tās ir pārklātas ar ļoti plānu lipīdu molekulu slāni. Stāvus, saskaņā ar a pēdējais papīrs Publicēts Bioloģijas vēstulēs.

Šos sīkos mikroskopiskos matiņus sauc par matiņiem, no kuriem katrs ir sadalīts simtiem mazāku matiņu, ko sauc par lāpstiņām. Jau sen zināms, ka mikroskopisko izmēru svaros, t.s Van der Vālsa spēkiSvarīgi kļūst pievilkšanās un atgrūšanas spēki starp divām dipola molekulām.

Būtībā sīkie matu kušķi uz gekona pēdām pietuvojas sienu un griestu līnijām, tādējādi elektroni no gekona matu daļiņām un elektroni no sienas daļiņām mijiedarbojas viens ar otru un rada elektromagnētiskā pievilcība. Tas ļauj gekoniem bez piepūles kāpt uz gludām virsmām, piemēram, stikla. Zirnekļiem, kriketiem, vabolēm, sikspārņiem, koku vardēm un ķirzakām ir dažāda izmēra lipīgi pēdu spilventiņi, kas izmanto tos pašus spēkus.

Gekoni un viņu neparastās kājas jau sen ir interesējušas zinātniekus. Piemēram, 2013. gadā Kalifornijas Universitātes Santabarbaras zinātnieki izstrādāja failu Atkārtoti lietojama sausa līme Iedvesmojoties no gekona pēdām, kas viegli pielīp pie gludām virsmām, stingri pielīp, stumjot uz priekšu, un slīd, kad to velk atpakaļ. Šīs tendences noslēpums bija puscilindru šķiedru leņķis un forma, kas izgatavota no silikona bāzes veidotās līmes. Nospiežot plakano pusi uz leju, tika iegūts lielāks virsmas laukums saķerei ar stikla virsmu. Šķiedru vilkšana ar apaļo pusi uz leju samazināja virsmas laukumu, lai līme varētu viegli noslīdēt.

2020. gadā Berkeley Scholars izpētīt, kāpēc Mīkstmataina gekona pirksti “līp” tikai vienā virzienā. Pavelciet vienu kāju vienā virzienā, un gekona pirksti pielīp pie virsmas. Atlaidiet pēdu, un tā “nolobīs” kāju pirkstus pretējā virzienā, lai gan tas netraucē graciozajam gekonam kustēties jebkurā tā izvēlētā veidā. Zinātnieki ES to atradu Gekoni var skriet sānis ar tādu pašu ātrumu, kā viņi kāpj augšup, pateicoties spējai noregulēt kāju pirkstus. Vairāki pirksti palīdz gekoniem pielāgoties, lai tie pieķertos slidenām vai neregulārām virsmām. Kāju pirksti, kas turējās saskarē ar virsmu, spēja mainīt virzienu un labāk sadalīt slodzi. Un, tā kā pirksti ir mīksti, dzīvnieki var vieglāk pielāgoties raupjām virsmām.

Neskatoties uz visu, ko esam iemācījušies, par gekonu pirkstu spilventiņu, īpaši plāksteru, detalizēto virsmas ķīmiju ir zināms maz. Tāpēc šī jaunākā pētījuma autori nolēma uzzināt vairāk, īpaši interesējoties par potenciāli ievērojamo lomu, kāda ūdens var būt virsmas adhēzijā. “Daudz jau bija zināms par to, kā gēli darbojas mehāniski,” Fiziķis teica NIST un Cherno Jaye līdzautors. “Tagad mums ir labāka izpratne par to, kā tas darbojas molekulārās struktūras ziņā.”

Pēc autoru domām, jaunākie pētījumi liecina par ūdeni atgrūdošu lipīdu daļiņu klātbūtni gekonu pēdu nospiedumos un gekonu matricās (tās var atrast arī rāpuļu kutikulā, kas sakārtotas ķieģeļu un javas veidā). Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta (NIST) sinhrotronu mikroskops ir labi piemērots, lai rūpīgi izpētītu molekulāro struktūru, jo tas var ne tikai identificēt molekulas uz 3D objektu virsmas, bet arī precīzi atklāt, kur tās atrodas un kā tās tiek virzītas.

Šī plānā lipīdu plēve (tikai nanometru bieza) var izspiest ūdeni zem karotēm, pieļauj autori, ļaujot karotēm cieši saskarties ar virsmu, palīdzot gekoniem saglabāt saķeri ar mitrām virsmām. Turklāt karotes un karotes veido keratīna proteīns, līdzīgi kā proteīni, kas atrodami cilvēku matos un nagos. Analīze atklāja, ka keratīna šķiedras sakrīt matu virzienā, kas var būt nodilumizturības cēlonis.

Gecko pēdas pagātnē ir iedvesmojušas daudzus interesantus lietojumus, tostarp iepriekšminēto līmlenti un līmi un “lipīga“Kāpjrobots ar protēžu enkuru un pat (es ar jums nejokoju) Krūštura dizains bez lencēm. Džejs un citi. Iedomājieties “gekonu apavus”, kas var pielipt pie slapjām virsmām, vai “gekonu cimdus”, lai labāk satvertu slapjus instrumentus kā potenciālos jaunāko pētījumu pielietojumus.

“Visaizraujošākais šajā bioloģiskajā sistēmā man ir tas, ka viss ir perfekti optimizēts jebkurā mērogā, no makro līdz mikro un molekulārajai.” Līdzautors Staņislavs Sock teica, biologs Ķīles Universitātē Vācijā. “Tas var palīdzēt biomimētikas inženieriem zināt, ko darīt tālāk.”