Ящерица ползающая по потолку

Геккон: ящерица, способная бегать по потолку

Механизм «прилипания» геккона без использования клейких веществ удивляет своей гениальностью

Приходилось ли вам когда-либо наблюдать за гекконом, бегающим по стенам и потолку? Уверяю вас, это захватывающее зрелище. Эти маленькие тропические ящерицы вызывают наше восхищение своим умением удерживаться практически на любой поверхности. Гекконы способны карабкаться по крутым склонам, взбираться по гладкой стене со скоростью 1 м за секунду и даже бегать вверх тормашками по потолку из полированного стекла!

При этом, находясь на стене, гекконы могут поддерживать вес тела всего одной лапкой. Альпинисты могут только позавидовать таким трюкам. Но как же гекконам это удается?

Фото: геккон на гладкой вертикальной поверхности © Kellar Autumn, http://www.lclark.edu/

Читайте также: Ящерица фото

Загадка геккона

Экстраординарная способность гекконов оставалась загадкой со времен Аристотеля, который наблюдал за ними еще в IV столетии до н.э. Секрет прилипания гекконов стал темой для многих научных исследований. 1

Эти ящерицы могут перемещаться таким образом благодаря растопыренным ступням, похожим на ладони. У гекконов на пальцах есть маленькие гребни, покрытые тонкими волосками (щетинками). Пальцы геккона прилипают практически к любому материалу (металл, древесина, стекло, гранит) при любых условиях (даже под водой или в вакууме), и при этом они никогда не загрязняются, не изнашиваются и не прилипают случайно к ненужным местам. 1 Просто фантастика, не правда ли?

Объяснение этих способностей геккона оказалось настоящим вызовом для ученых, а поиск разгадки занял почти 100 лет. У гекконов нет желез, выделяющих секрецию, так что теория о клейких веществах отпала изначально.

Предлагалось несколько объяснений:

Присасывание? Присоски работают за счет того, что давление воздуха на одной стороне не уравновешивается, если на другой стороне есть вакуум. Лапки геккона могут прилипать к поверхности в вакууме, где нет давления воздуха, поэтому присасывание не может быть объяснением.

Электростатическое притяжение? Оно возникает между электрически заряженными объектами, например, между пластмассовой расческой, потертой тканью и маленькими кусочками бумаги. Но когда ученые создали условия, при которых любой заряд исчезал, лапки геккона все равно прилипали.

Трение? Но кератин — белок, который вырабатывается в коже, — слишком «скользкий». К тому же, трение не может объяснить передвижения по потолку.

Сцепление между шероховатыми поверхностями? Но гекконы могут прилипать даже к полированному стеклу. 2

В конечном итоге, ученые установили, что благодаря близкому контакту щетинок на лапках с поверхностью гекконы используют связи ближнего взаимодействия между молекулами, т.е. они прилипают посредством сил Ван-дер-Ваальса, названных так в честь голландского физика конца XIX века. 1

Эта сила действует на очень маленьких расстояниях (между молекулами) и резко уменьшается при увеличении расстояния между поверхностями. Она начинает действовать только тогда, когда поверхности максимально близко приближаются друг к другу. Но чтобы такая слабая сила удерживала геккона на вертикальной стене, необходима огромная площадь близкого контакта между лапкой геккона и поверхностью.

Поразительный дизайн геккона

Такую возможность обеспечивает сложнейшее строение лапок геккона. Используя электронный микроскоп, ученые изучали геккона Токи (Gekko gecko). 2 Они обнаружили на его пальцах очень тонкие волоски (щетинки) длиной всего 100 микрометров, или 0,1 миллиметра (две толщины человеческого волоса). Они очень плотно размещены 3 — до 14400 щетинок на 1 мм 2 , или около 1,5 миллиона на см 2 (См. рис. 4б)

Однако это еще не все. Каждая щетинка, в свою очередь, на конце расходится в 400-1000 ответвлений. (Рис. 4в). Каждое ответвление заканчивается на конце треугольной лопаточкой (Рис. 4г, 4д). Эти лопаточки невероятно крохотные и составляют в ширину всего 0,2 микрометра (2/10 000 миллиметра). 1 Только задумайтесь над этими цифрами: каждая лапка геккона площадью контакта чуть больше 1 см 2 может прикасаться к поверхности двумя миллиардами окончаний! Просто очевидное невероятное!

Фотография лапки геккона. © Kellar Autumn, http://www.lclark.edu/

Фотография щетинок геккона. Плотность размещения на пальцах достигает 14400 щетинок на 1 мм 2 или около 1,5 миллиона на см 2 .

Фотография одной щетинки геккона. Ее длина составляет всего 100 микрометровили 0,1 миллиметра (две толщины человеческоговолоса). Каждая щетинка на конце разветвляется в 400-1000 ответвлений для увеличения площади близкого контакта с поверхностью.

Фотография ответвления на конце щетинки. Каждое ответвление заканчивается на конце треугольной лопаточкой. Эти лопаточки невообразимо крохотные и составляют в ширину всего 0,2 микрометра (2/10 000 миллиметра).

Чтобы разместить такое же количество человеческих волос с плотностью средней шевелюры, потребовалась бы площадь целого футбольного поля. Обычная лапка имела бы намного меньшую площадь близкого контакта, и лишь в отдельных местах молекулы лапки очень близко приближались бы к поверхности. А особенная лапка геккона, благодаря плотному размещению щетинок и их разделению (на конце) до тысячи разветвлений, имеет в миллионы раз большую площадь близкого контакта, а значит, и силу прилипания (силы Ван-дер-Ваальса). Именно дизайн (геометрия), а не химический состав поверхности, позволяет геккону удерживаться даже на потолке.

Удивительные способности

Эта удивительная структура находится вне пределов человеческих технологий и опровергает эволюционный сценарий. Все здесь указывает на Разумный Замысел.

При помощи специальных инструментов исследователи из нескольких американских университетов установили, что поверхность ступни геккона Токи площадью 1 см 2 способна вырабатывать силу сцепления в 10 Ньютон (что соответствует 1 кг веса). 2

Но оказалось, что одна щетинка имеет силу притяжения в 10 раз больше, чем ожидалось, и достаточно крепка для удержания целого муравья. Теоретически, 6 миллионов щетинок геккона могут генерировать силу, достаточную для удержания навесу двух человек. 1

Фотография геккона на стекляном потолке.

Это говорит о том, что геккону достаточно использовать всего пару процентов своих щетинок для удержания на поверхности. Такой потенциал жизненно важен ему в природной среде обитания: на неровных загрязненных поверхностях, во время тропических штормов и т.д.

Но как же при такой силе сцепления геккон отрывает свою лапку? Обладание подобной конечностью было бы бессмысленным, если бы геккон мог только прилипать — ему нужно также быстро отлипать. Поэтому еще более удивительной и впечатляющей является способность геккона прилеплять и отлеплять лапку от поверхности целых 15 раз в секунду!

Оказывается, сила прилипания изменяется в зависимости от угла между щетинкой и поверхностью. Сила взаимодействия будет намного больше, если щетинки слегка прижать к поверхности, а затем протянуть, уменьшив угол (геккон это делает, когда ставит лапку). 2

Щетинка может открепляться под углом более 30°. Геккон управляет «прилипанием» и «отлипанием», используя необычайно сложное поведение, которое, однако, происходит без существенных затрат энергии. 3 Еще одно интересное свойство заключается в том, что лапки геккона самоочищаются, в отличие от клейкой ленты, на которую быстро налипает грязь, приводя ее в полную негодность. Исследователи до сих пор пытаются понять, как геккону это удается. 4

Технологии будущего

Откуда у геккона нанотехнологии, использующие межмолекулярные связи?

Дизайн лапок геккона вдохновляет ученых на разработку необычайно эффективного способа сухой адгезии. Доктор Андре Гейм из Университета Манчестера изготовил самоочищающуюся ленту с областью контакта со стеклом 0,5 см 2 , по образцу лапки геккона. 4 Она выдерживала груз более 100 граммов. Однако сотворённая людьми клейкая лента оказалась неспособной к многократному прикреплению и откреплению. Но если бы удалось достичь этого, то перчатки и ботинки произведенные из такого материала, позволили бы спайдермену карабкаться по любой поверхности.

Геккон отличное свидетельство сотворения

Откуда у геккона нанотехнологии, использующие межмолекулярные связи? Откуда взялся механизм, основанный на глубоком знании физики и геометрии? Эволюция (случайные мутации и естественный отбор) не может создавать такие сложные структуры. Это факт. К тому же, этот гениальный дизайн нельзя построить пошаговыми изменениями: вплоть до последнего «шага» все промежуточные формы будут недееспособными.

Например, какая польза от наполовину сформированных щетинок или лопаточек? Здесь очевидна высокая взаимосвязанность. Священное Писание говорит нам: «Ибо, что можно знать о Боге, явно для них, потому что Бог явил им. Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы, так что они безответны» (Римлянам 1:19-22). Ученые утверждают, что создание такой структуры находится вне возможностей человеческих технологий. 4 Это свидетельствует о Создателе, который вложил эту сложную систему передвижения в ДНК геккона.

Ссылки и примечания

1. Отэмн K. Как прилипают пальцы геккона // American Scientist. – 2006; 94:124–132. Вернуться к тексту.
2. Сарфати Д. Великолепный клей геккона // Creation ex nihilo. – 2000; 23 (1):54–55. Вернуться к тексту.
3. Отэмн K., Пиатти A. Механизмы адгезии у гекконов // Int. Comp. Bio. – 2002;42:1081–1090. Вернуться к тексту.
4. Сарфати Д. Дизайн лапки геккона: сможет ли он привести к настоящему «спайдермену»? // Creation. – 2003; 26(1):22–23. Вернуться к тексту.

Источник

Ученые разгадали «электрическую» тайну гекконов, бегающих по стенам и потолку

Группа сотрудников канадского Университета Ватерлоо (University of Waterloo in Ontario) под руководством Александра Пенлидиса (Alexander Penlidis) выяснила, что сверхъестественные способности у гекконов — ящериц, свободно бегающих по потолку и стенах — появляются под действием электричества. Загадка гекконов давно не давала покоя ученым, которые просто не понимали, как эта ящерица, весящая несколько десятков грамм, может бегать по вертикальным гладким поверхностям, в том числе по стеклу.

Сначала была гипотеза, что лапки этих ящериц оборудованы присосками или выделяют клеящее вещество. Однако это предположение оказалось неверным. Тогда ученые решили, что легко передвигаться по стенам гекконы могут при помощи микроволновых ворсинок, покрывающих подошвы их лапок. Эти ворсинки якобы вырабатывают «ван-дер-вальсовую силу» — эта сила притяжения возникает на атомном уровне между двумя объектами, находящимися очень близко друг к другу. Кроме того, влажные ворсинки в контакте с поверхностью «производят» еще и капиллярную силу, которая заставляют жидкость подниматься по тонким трубочкам, превращая лапки гекконов в своеобразные «присоски».

Симбиоз этих двух сил и удерживает ящериц на стенах и потолке, создавая на лапках гекконов такую силу притяжения, что она способна «присосать» груз весом до 2 килограммов. Если бы человек обладал такой способностью, то он смог бы поднять до 2 тонн.

Однако на самом деле гекконы оказались еще хитрее, так как по стенкам, по мнению канадских ученых, ящерицам помогает бегать совсем другая сила — электростатическая. Гекооны подобно потертой о рукав эбонитовой палочке, которая после этого притягивает кусочки бумаги, каким-то образом заряжают свои лапки положительным зарядом и крепко «прилипают» к вертикальной поверхности с отрицательным зарядом.

Такой вывод канадские ученые сделали после того, как ящерицы побегали по поверхности особых датчиков из силиконовой резины (PDMS), которые измерили заряд на их лапках. Затем ученые подсчитали заряд, вырабатываемый лапками ящериц, и выяснили, что сила притяжения геккона к поверхности в этом случае такова, что он со стены и даже с потолка он не упадет. Поэтому эта сила, по всей видимости, является единственной «тайной» геккона.

Однако и тут не все так просто. Дело в том, что гекконы легко передвигаются по вертикальным поверхностям не только на воздухе, но и под водой, где электростатика не работает. Возможно, что под водой как раз и работает симбиоз «ван-дер-вальсовой» и капиллярных сил.

Кроме того, остается вопрос, как вообще ящерица может отрывать от стены свою лапку со скоростью 15 раз в секунду. Ученые, конечно, подозревают, что лапка ящерицы отрывается от поверхности после того, как геккон каким-то образом выключает силу притяжения, например — меняя угол между щетинками и поверхностью на 30 градусов. Однако эта тайна ящерицы пока не раскрыта.

Кстати, не нужно обвинять ученых в том, что гекконов они изучают ради своего удовольствия. Дело в том, что тайны этой ящерицы помогут создать устройство, позволяющее человеку подобно геккону лазать по стенам и потолку в перчатках в виде лапки этой ящерицы. Однако пока такой сюжет возможен только в фантастических фильмах.

Источник

Комментарии 11

частенько в горах Я бы не отказался иметь способности геккона.

Это я искала , какие там лапки у геккона, чтоб понять предложение:

A startled gecko moved fast across the wall and stopped, its toes as delicate as ivy tendrils.

Испуганный геккон быстро передвигался по стене и остановился, его пальчики были такие хрупкие, как усики плюща.

Плющ (Hedera), род растений семейства аралиевых. Вечнозелёные древесные лианы, поднимающиеся по опоре с помощью развивающихся на стеблях воздушных корней — присосок.

ВСЕ порядочные замки увиты плющём.

и непорядочные замки тоже увиты. У меня тут в палисаднике не пролезть из -за него. Просто Редмонд сравнивает лапки геккона и усики (присоски , они же и воздушные корни) плюща. Сразу видно , что Редмонд О’Хенлон кто ?

кто? не немец?

при чем тут немец? Он то не немец. Он — англичанин, и его главная любовь в жизни что?

про немца Я пошутил. англичане любят и газоны и зелёное.

ну ладно, раз ты сдаешься, то он — биолог.

а биологи специализируются на растениях(плющ)?

и на растениях, и на животных

Источник