壁虎如何抓牢

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在电影《蜘蛛侠》中,彼得·帕克看着自己的手掌,发现它们长出了浓密的黑色毛发,使他能够牢牢抓住墙壁和天花板。越来越多的证据表明,壁虎蜥蜴也借助毛发状的突起来紧贴表面。然而,壁虎的毛发非常微小,它们并非通过抓住基质的不规则处来起作用,而是通过促进分子键的形成,从而在壁虎的脚和它行走的表面之间产生电动吸引力。因此,这些富有魅力的生物甚至可以在抛光的玻璃上倒立爬行。

由刘易斯和克拉克学院的凯勒·奥特姆及其同事进行的先前研究表明,壁虎的脚毛,即刚毛,通过这些所谓的范德华力粘附在表面上。但该团队未能否定一个竞争性假设,该假设认为粘附力来自水基力。发表在本周《美国国家科学院院刊》在线报告中的新研究,驳斥了这一理论。

研究人员推断,如果诸如毛细管粘附之类的水基力是壁虎抓握的秘密,那么这种动物的脚趾——每个脚趾都带有数十万根刚毛——就不应该粘附在疏水性(“憎水性”)表面上。然而,在随后的实验中,壁虎的脚趾在疏水性和亲水性(“喜水性”)基质上都同样能很好地粘附。单独的、分离的刚毛在两种类型的表面上也同样有效。


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奥特姆和他的合作者进一步确定,刚毛尖端的尺寸——从每根毛发分支出去的数百个铲状突起,增加了表面密度——非常接近于人们如果认为范德华力是壁虎粘附力的主要机制时所期望的尺寸。这暗示,是刚毛尖端的尺寸,而不是刚毛材料的性质,赋予了蜥蜴的立足点。当研究人员用两种不同的材料制造刚毛尖端,并发现两者都像预测的那样粘附在表面上时,就验证了这一想法。

据研究人员称,这一发现不仅提供了对壁虎和其他生物中刚毛结构功能的见解,还暗示了如何改进合成干胶:将它们的表面细分为小的、类似刚毛尖端的突起,从而增加表面密度,可能会增强粘性。

Kate Wong is an award-winning science writer and senior editor at 大众科学 focused on evolution, ecology, anthropology, archaeology, paleontology and animal behavior. She is fascinated by human origins, which she has covered for more than 25 years. Recently she has become obsessed with birds. Her reporting has taken her to caves in France and Croatia that Neandertals once called home, to the shores of Kenya's Lake Turkana in search of the oldest stone tools in the world, to Madagascar on an expedition to unearth ancient mammals and dinosaurs, to the icy waters of Antarctica, where humpback whales feast on krill, and on a "Big Day" race around the state of Connecticut to find as many bird species as possible in 24 hours. Kate is co-author, with Donald Johanson, of Lucy's Legacy: The Quest for Human Origins. She holds a bachelor of science degree in biological anthropology and zoology from the University of Michigan. Follow Wong on X (formerly Twitter) @katewong

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