Dlaczego żabie języki są tak lepkie

Należą do najdelikatniejszych substancji biologicznych, jakie kiedykolwiek zmierzono.

Alexis Noel

Cztery lata temu, Alexis Noel , nowy doktorant w Georgia Institute of Technology, zwrócił się do klasy sekcji z dziwną prośbą. Kiedy skończyli kroić żaby, zapytała, czy może mieć języki? Powiedzieli tak.

Noel zawsze kochała żaby, więc kiedy później dołączyła Dawid Hu laboratorium biomechaniki, skorzystała z okazji, by je zbadać. Hu też był chętny. Podczas niedawnej wycieczki do Ogrodu Botanicznego w Atlancie obserwował karmienie grupy jaskrawo kolorowych żab z jadowitymi strzałami. W ich ruchach widział cud fizyki. Z niesamowitą szybkością i precyzją rzucali lepkimi językami na owady. Kiedy później sfilmował żabę lamparta za pomocą szybkiej kamery, pokazał, że może łapać owady w mniej niż 0,07 sekundy – pięć razy szybciej niż ludzkie mrugnięcie. A kiedy jego język uderzy, uderzenie odrzuca cel z przyspieszeniem 12 razy większym niż grawitacja. A jednak jakoś nie odlatuje. Trzyma się.

Spróbuj zaprojektować mokry materiał, który może uderzyć w bardzo teksturowany obiekt z niewiarygodnie dużą prędkością i przylegać. Nie możesz. Nikt nie ma. A jednak żaby dokonują tego wyczynu za każdym razem, gdy jedzą. Ludzie badają żabie języki od XIX wieku, ale nigdy nie zrozumieli dokładnie, dlaczego są tak lepkie.

Aby się tego dowiedzieć, Noel zebrała języki z klasy sekcji i — zgodnie z wielką tradycją przyrodników — szturchnęła je palcem. Ona i Hu byli zdumieni, jak miękkie były języki. To jak kawałek głupiego kitu; kiedy go dotkniesz, nie możesz stwierdzić, czy jest to ciało stałe, czy płynne, mówi Hu. I były niesamowicie lepkie. Podobnie jest ze świeżo żutą gumą do żucia, czyli puchem prawoślazu, którego nie można zdjąć z rąk.

Następnie Noel udał się do laboratorium testowania materiałów z zakrwawionymi torbami pełnymi żabich ozorów i ludzkich ozorów zebranych z farmy zwłok na terenie kampusu. Powoli wciskając cylinder w odcieleśnione organy, ona pokazała że ludzkie języki są 10 razy sztywniejsze niż żabie. Rzeczywiście, języki niektórych gatunków żab okazały się jednym z najdelikatniejszych materiałów biologicznych, jakie kiedykolwiek zmierzono. Są tak miękkie jak ludzki mózg, ale mózg nie jest poza domem i nie chce chwytać rzeczy, mówi Hu. Kiedy język uderza owada, jego doskonała miękkość pozwala mu owinąć się wokół celu, dając tak dużą powierzchnię kontaktu, jak możliwy. Oznacza to również, że własna bezwładność języka powoduje jego znaczne wydłużenie podczas rotacji na zewnątrz, zwiększając zasięg chwytania żab i ich zdolność do zaskoczenia owada. Kurt Schwenk z Uniwersytetu Connecticut.

Język ma również wbudowane amortyzatory — kawałki tłuszczu i mięśni, które tłumią energię uwolnioną przez uderzenie. Te wchodzą w grę, gdy język się cofa: powstrzymują owada przed odklejaniem się, pomimo wywierania na niego dużych sił. Język jest jak trampolina oraz rękawica bejsbolowa — rozciąga się, ale też cię łapie, mówi Hu.

Wiadomo, że żaby lamparta zjadają różne owady, dżdżownice i inne bezkręgowce, mówi Jenna Monroy z Claremont Colleges. Możliwe, że w zależności od wielkości ofiary żaba może aktywować mięśnie języka, aby dostosować sztywność i tłumienie języka w kontakcie, gwarantując udane schwytanie.

Ale bardzo miękka tkanka to tylko połowa sukcesu, mówi Noel. Druga połowa to ślina żaby.

Ona i jej koledzy spędzili całe wieki mozolnie zeskrobując ślinę z nagromadzonych żabich języków. Jest bardzo lepki, więc kiedy się zeskrobujesz, musisz zeskrobać go ze skrobaka, mówi Hu. Po pół godzinie dostaliśmy pół mililitra. Jest jak najcenniejszy materiał na świecie.

Wcześniej ludzie myśleli, że ślina jest po prostu gęsta i lepka, mówi Noel. Ale kiedy to studiowała, ona znalazła że w rzeczywistości jest to płyn nienewtonowski — ciecz, której właściwości zmieniają się w zależności od przyłożonych do nich sił. Miód zmienia się ze stałego w płynny, gdy go mieszasz. Mieszanina skrobi kukurydzianej i wody zestala się po uderzeniu. Ketchup staje się bardziej płynny, jeśli potrząśniesz butelką. Ślina jest jak ketchup: siła sprawia, że ​​jest mniej lepka. Ale podczas gdy ludzka ślina staje się około dziesięć razy mniej lepka, jeśli przyłoży się do niej siłę, ślina żaby staje się sto razy mniej lepka.

Alexis Noel w laboratorium z ropuchą.
( Dzięki uprzejmości Alexisa Noela )

Kiedy więc język żaby uderzy w owada, jego ślina płynie swobodnie i łatwo wsiąka w każdą szczelinę i szczelinę. Kiedy język zwalnia i zaczyna się cofać, ślina ponownie gęstnieje w pastę, odpowiednik zaciśniętej pięści chwytającej owada w drodze powrotnej.

Analiza pomaga wyjaśnić wiele dziwacznych obserwacji, na przykład dlaczego żaby używają tylnych części gałek ocznych, aby wepchnąć zdobycz do gardła, mówi Kiisa Nishikawa z Uniwersytetu Północnej Arizony. Kiedy owad jest w pysku żaby, żaba musi usunąć go z języka. Na szczęście wszystkie jego sztuczki z klejem działają najlepiej w kierunku prostopadłym — może być naprawdę trudno oderwać owada, ale porównywalnie łatwo ślizgać się to wyłączyć. Żaba po prostu potrzebuje czegoś, co może popchnąć owada, więc używa gałek ocznych. Dwanaście lat temu Robert Levine używane filmy rentgenowskie aby pokazać, że żaba połyka, chowa gałki oczne do wewnątrz i używa ich, by zepchnąć ofiary z języka.

Wiele badań nad lepkimi zwierzętami doprowadziło do opracowania nowych materiałów. Umiejętności pełzania po ścianach inspirowane przez gekony Rozwój z mocne suche kleje . Brody małży — sieci lepkich włókien, które przytwierdzają je do skał — zainspirowały klej, który… działa pod wodą . Robaki inspirowane lepszy rodzaj taśmy medycznej , oraz kleje odporne na krew które mogą leczyć narządy bez szwów. Kto wie, do czego doprowadzą żabie języki? Wyobraź sobie szwy, które można założyć naprawdę szybko, a następnie twardnieją, mówi Hu. Lub plastry, które naprawdę mniej bolą, gdy szybko je odklejasz.

Dlaczego troszczymy się o te rzeczy? pyta Nishikawa, który również zajmuje się biomechaniką zwierząt. Ponieważ inspirację biologią można zastosować do praktycznych problemów człowieka. Żabie języki wydają się dość ezoteryczne, ale pamiętaj, że antybiotyki pochodzą z pleśni chleba.

Tymczasem Noel zwraca uwagę na kocie języki. Są pokryte maleńkimi kolcami i Noel chce wiedzieć, czy pomagają one kotom w pielęgnacji, odrywaniu mięsa od kości, czy w czymś innym. „Pracuję zarówno z językami kota domowego, jak i językami tygrysa”, mówi. Moje dwa ulubione zwierzęta to koty i żaby i właśnie to teraz uczę. To dobre życie.