يكتسب العلماء فكرة جديدة عن سر كيفية بقاء أقدام الوزغة لزجة

يشتهر أبو بريص بكونه متسلقًا خبيرًا وقادرًا على ذلك تلتصق بأي سطح بفضل الهياكل الدقيقة التي تشبه الشعر على قاع أقدامهم. جنبا إلى جنب مع زملائهم في أوريغون والدنمارك وألمانيا ، ألقى الباحثون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) نظرة فاحصة على تلك الهياكل باستخدام السنكروترون عالي الطاقة ، وكشفوا عن أنها مغطاة بطبقة رقيقة جدًا من جزيئات الدهون. في وضع مستقيم ، وفقًا لـ أ الورقة الأخيرة نشرت في مجلة Biology Letters.

تسمى هذه الشعيرات المجهرية الصغيرة الشعرات ، ينقسم كل منها إلى مئات من الشعيرات الأصغر التي تسمى ملاعق. من المعروف منذ فترة طويلة أنه في المقاييس الحجم المجهري ، ما يسمى ب قوات فان دير فال– قوى الجذب والمنافرة بين جزيئين ثنائي القطب – تصبح مهمة.

بشكل أساسي ، تقترب خصلات الشعر الصغير على أقدام الوزغة من الخطوط في الجدران والسقوف بحيث تتفاعل الإلكترونات من جزيئات شعر الوزغة والإلكترونات من جزيئات الجدار مع بعضها البعض وتخلق جاذبية كهرومغناطيسية. هذا ما يمكّن الوزغات من تسلق الأسطح الملساء مثل الزجاج دون عناء. تحتوي كل من العناكب والصراصير والخنافس والخفافيش وضفادع الأشجار والسحالي على وسادات قدم لزجة متفاوتة الأحجام تستخدم نفس هذه القوى.

لطالما كانت الأبراص وأقدامها غير المعتادة موضع اهتمام العلماء. في عام 2013 ، على سبيل المثال ، صمم العلماء في جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، ملف مادة لاصقة جافة قابلة لإعادة الاستخدام مستوحى من أقدام الوزغة التي تلتصق بسهولة على الأسطح الملساء ، وتلتصق بقوة عند دفعها للأمام وتنزلق عند سحبها للخلف. كان سر هذا الاتجاه هو زاوية وشكل ألياف نصف أسطوانية ملفقة في المادة اللاصقة القائمة على السيليكون. أدى دفع الجانب المسطح لأسفل إلى إنتاج مساحة سطح أكبر للالتصاق بسطح زجاجي. أدى سحب الألياف مع الجانب المستدير لأسفل إلى تقليل مساحة السطح بحيث يمكن أن ينزلق اللاصق بسهولة.

في عام 2020 ، علماء بيركلي التحقيق لماذا أصابع الوزغة الناعمة ذات الشعر “تلتصق” في اتجاه واحد فقط. اسحب قدمًا في اتجاه واحد وستتمسك أصابع أبو بريص بالسطح. حرر القدم وسوف “تقشر” أصابع القدم في الاتجاه المعاكس ، على الرغم من أن ذلك لا يمنع الوزغة الرشيقة من التحرك بأي طريقة تختارها. العلماء وجدت ذلك يمكن للأبراص أن تجري بشكل جانبي بالسرعة نفسها التي تتسلق فيها لأعلى ، وذلك بفضل القدرة على إعادة تنظيم أصابع قدمها. إن وجود أصابع متعددة يساعد الأبراص على التكيف من أجل الالتصاق بالأسطح الزلقة أو غير المنتظمة. كانت أصابع القدم التي حافظت على اتصالها بالسطح قادرة على تغيير الاتجاه وتوزيع الحمل بشكل أفضل. ولأن أصابع القدم ناعمة ، يمكن للحيوانات أن تتكيف بسهولة أكبر مع الأسطح الخشنة.

على الرغم من كل ما تعلمناه ، لا يُعرف سوى القليل عن الكيمياء السطحية المفصلة لوسادات أصابع الوزغة ، ولا سيما الرقع. لذلك شرع مؤلفو هذه الورقة البحثية الأخيرة في معرفة المزيد ، مع اهتمام خاص بالدور البارز المحتمل الذي قد يلعبه الماء في الالتصاق السطحي. “لقد كان معروفًا الكثير بالفعل حول كيفية عمل الهلام ميكانيكيًا ،” قال الفيزيائي NIST وشريك في تأليف Cherno Jaye. “الآن لدينا فهم أفضل لكيفية عملها من حيث التركيب الجزيئي.”

وفقًا للمؤلفين ، أشارت الدراسات الحديثة إلى وجود جزيئات دهنية طاردة للماء في آثار أقدام الوزغة ومصفوفات أبو بريص (يمكن أيضًا العثور عليها في بشرة الزواحف ، مرتبة في نمط الطوب والملاط). يعتبر مجهر السنكروترون الخاص بالمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) مناسبًا تمامًا لإلقاء نظرة فاحصة على التركيب الجزيئي لأنه لا يستطيع فقط تحديد الجزيئات الموجودة على سطح الأجسام ثلاثية الأبعاد ، ولكن أيضًا للكشف بدقة عن مكان وجودها وكيفية توجيهها.

قد يعمل هذا الغشاء الرقيق من الدهون (بسماكة نانومتر فقط) على دفع أي ماء بعيدًا تحت الملاعق ، كما يتكهن المؤلفون ، مما يسمح للملاعق بالتواصل الوثيق مع السطح ، مما يساعد الوزغات في الحفاظ على قبضتها على الأسطح الرطبة. علاوة على ذلك ، تتكون الملاعق والملاعق من بروتين الكيراتين ، مثل الكثير من البروتينات الموجودة في شعر الإنسان وأظافر اليدين. كشف التحليل أن محاذاة ألياف الكيراتين في اتجاه الشعر ، وهو ما قد يكون سبب مقاومة التآكل.

لقد ألهمت أقدام أبو بريص العديد من التطبيقات المثيرة للاهتمام في الماضي ، بما في ذلك الشريط اللاصق والمادة اللاصقة المذكورة أعلاه و “لزجة“روبوت التسلق بأداة تثبيت اصطناعية ، وحتى (لا أمزح معك) 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 بشكل مثالي على كل مقياس ، من الماكرو إلى الجزئي إلى الجزيئي ،” قال المؤلف المشارك ستانيسلاف جورب، عالم أحياء في جامعة كيل في ألمانيا. “هذا يمكن أن يساعد مهندسي المحاكاة الحيوية على معرفة ما يجب القيام به بعد ذلك.”