Какую загадку загадали ученым гекконы
Обновлено: 17.05.2024
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Наука, промышленность, гекконы
Разгадав тайну геккона, ученые озадачились изобретением нелипкой клеющейся ленты, которая будет цепляться к поверхностям с помощью щетинок. Начали разрабатывать новый скотч для крепления предметов на весу. Например, к потолку. Ученые даже задумались над тем, как приклеивать предмет не только в результате давления, но и во время движения с прикосновением друг о друга. В результате долгих разработок это удалось. Один из плюсов «гекконового» скотча в том, что он не оставляет липких следов, в отличие от обычного. Правда, пока не получилось создать «вечный» скотч — через какое-то время предметы перестают прилипать к ленте, если их приклеивать и отклеивать.
Кто знает, может, в недалеком будущем создадут костюм спайдермэна, основываясь на этих знаниях и технологиях. Пока что остается еще много вопросов в изучении этой уникальной способности лапок гекконов. И один из них — как щетинки ящерицы самоочищаются. Ответа пока нет.
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.
Следующая загадка
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
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
В чем же отгадка
Это удалось выяснить, когда лапки ящерицы изучили под электронным микроскопом. Оказалось, что на конечностях геккона есть мелкие щетинки в неисчислимом количестве. На каждом волоске есть ответвления, и они способствуют удержанию геккона на молекулярном уровне. Но вот как эти ящерицы умудряются сцепляться лапками с идеально гладким стеклом — до сих пор загадка.
Лапки геккона под микроскопом
Как они цепляются к поверхности, выяснили. А как отрывают лапы от стен? Гекконы выгибают «пальчики», изменяя наклон щетинок к поверхности. Делают они это без труда и затрат энергии. Сцепление исчезает.
Следующая загадка
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?
Магия ящерицы
Гекконы живут в тропиках и субтропиках. Территория их обитания широка: Африка, Австралия, Юго-Восточная и Средняя Азия, некоторые виды были замечены в Северной Америке и Европе.
Мы привыкли видеть ящериц на земле, но гекконов скорее нужно высматривать на стенах и потолках. Поразительно, как ловко и быстро они бегают по вертикальным поверхностям и не падают. Не имеет значения, шершавая это поверхность или гладкое стекло окна. Геккон может даже висеть на одной лапке, не падая. Но как ему это удается?
На протяжении многих лет ученые искали причины этой загадочной способности и изучали разные версии.
Первым делом на ум пришел эффект «присасывания». Эта версия выглядела логично. Многие люди до сих пор так и думают. Но присосок на лапках так и не нашли даже после исследований ящерицы под микроскопом. А в результате одного эксперимента, когда геккон был помещен в вакуум, оказалось, что он продолжает удерживаться на вертикальной поверхности. Теория «присосок» оказалась разбита.
Может быть, клейкая жидкость на лапках? Но у гекконов нет желёз, выделяющих липкую субстанцию.
Вариант сцепления с неровной поверхностью тоже отпал, потому что эта ящерица уверенно держится и на полированном стекле.
Электростатика? Эксперименты также закончились ничем. Геккон все равно держался на любых поверхностях, когда заряд исчезал.
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 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.
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.
Следующая загадка
Маленькая ящерица показала миру, что может дать ему новые технологии. Как геккон может научить людей ходить по стенам? Ученые мира бьются над разгадкой секрета и достигли определенных успехов.
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.
Читайте также: