Лапа геккона снова поставила ученых перед загадкой

Гекконы (одно из семейств ящериц) знамениты своей способностью передвигаться по вертикальной поверхности или, например, по потолку. К тому же, эта поверхность может быть еще и абсолютно гладкой, как стекло. Такие трюки животные совершают при помощи множества покрывающих лапки крошечных волосков. Ученые считали, что волоски сцепляются с опорной поверхностью под действием сил Ван-дер-Ваальса, надежно удерживая животное. Известно также, что в условиях, когда увеличивается влажность воздуха, или просто на более скользкой и влажной поверхности гекконы прикрепляются к ней еще прочнее.

Группа ученых под руководством аспиранта Майкла Проуса (Michael S. Prowse) из Вашингтонского университета решила выяснить, как они это делают. Исследователи пришли к выводу, что силы Ван-дер-Ваальса тут ни при чем. Скорее всего, по мнению авторов, кератин, которых входит в состав волосков, в условиях повышенной влажности размягчается и волоски становятся более эластичным. За счет этого, предполагают авторы, возрастает площадь «сцепления» волосков с поверхностью.

Манипуляции с волосками

В 2002 году один из авторов нынешнего исследования доктор Келлар Отом (Kellar Autumn) предположил, что прочное соединение волосков с поверхностью достигается вовсе не за счет водородных связей, т.е. не благодаря Ван-дер-Ваальсовым силам. Аспирант Проус решил проверить это предположение. Его также интересовало, почему повышенная влажность позволяет гекконам не соскальзывать с поверхности, а еще прочнее к ней прикрепляться.

Чтобы ответить на эти вопросы, команда Проуса собрала волоски гекконов, которые те сбросили во время линьки, и измерила их свойства на специальном устройстве, которое имитировало шаги гекконов по поверхности. Волоски вместе с устройством ученые поместили на поверхность двух типов – одна смачивалась водой (обладала гидрофильными свойствами), а другая -- нет (имела гидрофобные свойства). В условиях разной относительной влажности воздуха (она менялась от 10 до 80%) авторы измеряли прочность, с которой волоски прикреплялись к поверхности.

Сила Ван-дер-Ваальса гекконов не держит

Оказалось, что независимо от свойств поверхности волоски держались за поверхность одинаково прочно. При увеличении же относительной влажности воздуха сила сцепления еще больше возрастала (и тоже независимо от типа поверхности). Это действительно доказывает, что силы Ван-дер-Ваальса никак не влияют на способность волосков прикрепляться к поверхности.

Авторы предполагают, что разгадка гекконовых лапок кроется в свойстве кератина -- вещества, которое входит в состав волосков. Известно, что кератин становится более эластичным при повышении влажности среды. И действительно, когда Праус стал растягивать волоски в условиях разной влажности, оказалось, что при относительной влажности воздуха 80% их эластичность увеличилась на 75% по сравнению с эластичностью при десятипроцентной влажности. По мнению авторов, вполне возможно, что именно это свойство кератина позволяет гекконам прочно держаться за поверхность.

Более подробно обо всех манипуляциях авторов исследования над волосками гекконов можно прочитать в статье Changes in materials properties explain the effects of humidity on gecko adhesion, опубликованной в журнале Journal of Experimental Biology.