يكتشف العلماء سر كيفية بقاء أقدام الوزغة لزجة

من المعروف أن أبو بريص متسلق خبير وقادر على ذلك تلتصق بأي سطح بفضل الهياكل الدقيقة التي تشبه الشعر على قاع أقدامهم. بالتعاون مع زملائهم من أوريغون والدنمارك وألمانيا ، ألقى باحثون من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) نظرة فاحصة على هذه الهياكل باستخدام سنكروترون عالي الطاقة ، وكشفوا عن أنها مغطاة بطبقة رقيقة جدًا من جزيئات الدهون. . في اتجاه عمودي ، وفقًا لـ المقال الأخير نشرت في مجلة Biology Letters.

تسمى هذه الشعيرات المجهرية الصغيرة الشعيرات ، ينقسم كل منها إلى مئات الشعيرات الأصغر التي تسمى ملاعق. من المعروف منذ فترة طويلة أن ما يسمى بالمقاييس المجهرية قوات فان دير فال– القوى الجاذبة والمنافرة بين جزيئين ثنائي القطب – تصبح مهمة.

بشكل أساسي ، تقترب خصلات الشعر الصغير على أقدام الوزغة من حدود الجدران والسقوف بحيث تتفاعل الإلكترونات من جزيئات شعر الوزغة والإلكترونات من جزيئات الجدار مع بعضها البعض وتخلق جاذبية كهرومغناطيسية. هذا ما يسمح للأبراص بتسلق الأسطح الملساء مثل الزجاج دون عناء. تحتوي العناكب والصراصير والخنافس والخفافيش وضفادع الأشجار والسحالي جميعها على منصات لاصقة بأحجام مختلفة تستخدم هذه القوى نفسها.

لطالما اهتم الأبراص وأرجلهم غير العادية بالعلماء. في عام 2013 ، على سبيل المثال ، صمم العلماء في جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا مادة لاصقة جافة قابلة لإعادة الاستخدام مستوحى من أقدام الوزغة التي تمسك بسهولة على الأسطح الملساء ، وتمسك بقوة عند دفعها للأمام وتنزلق عند سحبها للخلف. كان سر هذا الاتجاه هو زاوية وشكل الألياف شبه الأسطوانية المصنوعة في المادة اللاصقة القائمة على السيليكون. أدى دفع الجانب المسطح لأسفل إلى إنتاج مساحة أكبر للالتصاق بسطح زجاجي. يؤدي سحب الألياف مع الجانب المستدير لأسفل إلى تقليل مساحة السطح بحيث يمكن أن تنزلق المادة اللاصقة بسهولة.

في عام 2020 ، علماء بيركلي التحقيق لماذا أصابع الوزغة الناعمة ذات الشعر المشعر فقط “تبرز” في اتجاه واحد. اسحب قدمًا واحدة في اتجاه واحد وستلتصق أصابع أبو بريص بالسطح. حرر القدم وسوف “تقشر” أصابع القدم في الاتجاه المعاكس ، على الرغم من أن هذا لا يمنع الوزغة الرشيقة من التحرك كما تراه مناسبًا. العلماء وجدت هذا يمكن أن تعمل الأبراص بشكل جانبي بالسرعة التي تصعد بها ، وذلك بفضل القدرة على إعادة تنظيم أصابع قدمها. يساعد وجود أصابع متعددة الأبراص على التكيف من أجل الالتصاق بالأسطح الزلقة أو غير المستوية. يمكن للأصابع التي تحافظ على الاتصال بالسطح أن تغير الاتجاه وتوزع الحمل بشكل أفضل. ولأن أصابع القدم ناعمة ، يمكن للحيوانات أن تتكيف بسهولة أكبر مع الأسطح الخشنة.

على الرغم من كل ما تعلمناه ، لا يُعرف الكثير عن الكيمياء السطحية المفصلة لوسادات الوزغة ، خاصةً السكتات الدماغية. لذلك شرع مؤلفو هذا المقال الأخير في اكتشاف المزيد ، مع اهتمام خاص بالدور المهم الذي يمكن أن يلعبه الماء في الالتصاق السطحي. “لقد عرفنا بالفعل الكثير عن الأداء الميكانيكي للحرير” ، قال الفيزيائي NIST وشريك في تأليف Cherno Jaye. “لدينا الآن فهم أفضل لكيفية عملها من حيث التركيب الجزيئي.”

وفقًا للمؤلفين ، أشارت الدراسات الحديثة إلى وجود جزيئات دهنية طاردة للماء في آثار أقدام الوزغة وشبكات شعيرات الوزغة (يمكن أيضًا العثور عليها في بشرة الزواحف ، مرتبة في نمط الطوب والملاط). يُعد مجهر السنكروترون الخاص بالمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) مناسبًا تمامًا لإلقاء نظرة فاحصة على التركيب الجزيئي لأنه لا يمكنه تحديد الجزيئات الموجودة على سطح الأجسام ثلاثية الأبعاد فحسب ، بل يكشف أيضًا عن مكانها بدقة وكيف يتم توجيهها.

هذا الغشاء الرقيق من الدهون (بسماكة نانومتر فقط) يمكن أن يعمل على صد الماء تحت الملعقة ، كما يتكهن المؤلفون ، مما يسمح للملاعق بالتواصل الوثيق مع السطح ، مما يساعد الأبراص في الحفاظ على قبضتها على الأسطح الرطبة. بالإضافة إلى ذلك ، تتكون الشعيرات والملاعق من بروتينات الكيراتين ، تمامًا مثل البروتينات الموجودة في شعر وأظافر الإنسان. أظهر التحليل أن محاذاة ألياف الكيراتين في اتجاه الشعيرات ، وهو ما يمكن أن يقاوم التآكل.

لقد ألهمت أقدام أبو بريص العديد من التطبيقات المثيرة للاهتمام في الماضي ، بما في ذلك الشريط اللاصق والمادة اللاصقة المذكورة أعلاه و “روبوت لزج“روبوت متسلق بشعيرات اصطناعية ، وحتى (أنا لا أمزح) أ تصميم حمالة الصدر حمالة. جاي وآخرون. تخيل “أحذية الوزغة” التي يمكن أن تلتصق بالأسطح الرطبة ، أو “قفازات الوزغة” للحصول على قبضة أفضل على الأدوات الرطبة كتطبيقات محتملة لأحدث أبحاثهم.

“الشيء الأكثر إثارة بالنسبة لي بشأن هذا النظام البيولوجي هو أن كل شيء تم تحسينه تمامًا على جميع المستويات ، من الماكرو إلى الجزئي إلى الجزيئي ،” قال المؤلف المشارك ستانيسلاف جورب، عالم أحياء بجامعة كيل في ألمانيا. “يمكن أن يساعد مهندسي المحاكاة الحيوية على معرفة ما يجب القيام به بعد ذلك.”