jak se člověk uvízne při studiu žabích jazyků? Naše studie do lepkavého, slizký svět žab vše začalo vtipným videem skutečného afrického býka vrhajícího se na falešný hmyz v mobilní hře. Tato žába byla zjevně odborníkem na hraní her; rychlost a přesnost jeho jazyka by mohla soupeřit s palci textových zpráv teenagerů.

< br>
žába, která byla genezí výzkumu jazyka autorů.

další výzkum na YouTube přinesl úžasná videa žab, které jedí myši, tarantule a dokonce i jiné žáby.

všestranný žabí jazyk dokáže uchopit mokré, chlupaté a kluzké povrchy se stejnou lehkostí. Dělá to mnohem lépe než naše navržená lepidla – ani domácí pásky se nemohou pevně držet mokrých nebo prašných povrchů. Co dělá tento jazyk ještě působivějším, je jeho rychlost: více než 4 000 druhů žáby a ropuchy zachycuje kořist rychleji, než člověk může blikat. Co dělá žabí jazyk tak jedinečně lepivým? Naše skupina se to snažila zjistit.

základní znalosti žabího jazyka

raná moderní vědecká pozornost k žabím jazykům přišla v roce 1849, kdy biolog Augustus Waller publikoval první zdokumentovanou studii žabího jazyka o nervech a papilách-povrchové mikrostruktury nalezené na jazyku. Waller byl fascinován měkkou, lepkavou povahou žabího jazyka a tím, co nazval:

“ zvláštní výhody, které má jazyk živé žáby … extrémní elasticita a průhlednost tohoto orgánu mě přiměly, abych ho předložil mikroskopu.“

rychle vpřed 165 let, kdy vědci biomechaniky Kleinteich a Gorb jako první změřili síly jazyka v rohaté žábě Ceratophrys cranwelli. V roce 2014 zjistili, že adhezní síly žáby mohou dosáhnout až 1,4 násobku tělesné hmotnosti. To znamená, že lepkavý žabí jazyk je dostatečně silný, aby zvedl téměř dvojnásobek své vlastní hmotnosti. Předpokládali, že jazyk působí jako lepicí páska nebo lepidlo citlivé na tlak-trvale lepivý povrch, který přilne k substrátům pod lehkým tlakem.

 obrázek 20170131 3244 7r5phb
žabí jazyk drží Petriho misku jen svou lepkavostí.
kredit: Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND

abychom zahájili vlastní studii o lepkavých žabích jazycích, natočili jsme pomocí vysokorychlostní videografie různé žáby a ropuchy, které jedí hmyz. Zjistili jsme, že jazyk žáby je schopen zachytit hmyz za méně než 0, 07 sekundy, pětkrát rychleji než lidské oko. Kromě toho může zrychlení hmyzu směrem k ústům žáby během zachycení dosáhnout 12násobku gravitačního zrychlení. Pro srovnání, astronauti obvykle zažívají přibližně trojnásobné zrychlení gravitace během startu rakety.

na testování materiálů

důkladně nás zaujalo, chtěli jsme pochopit, jak lepkavý jazyk drží kořist tak dobře při vysokých akceleracích. Nejprve jsme museli shromáždit nějaké žabí jazyky. Tady v Georgia Tech, vystopovali jsme třídu biologické disekce na akademické půdě, kteří pravidelně používali žáby severního leoparda.

plán byl tento: Poke tkáň jazyka určit měkkost, a točit žabí sliny mezi dvěma deskami pro stanovení viskozity. Měkkost a viskozita jsou běžné metriky pro porovnání pevných a tekutých materiálů. Měkkost popisuje deformaci jazyka při působení protahovací síly a viskozita popisuje odolnost slin vůči pohybu.

 obrázek 20170131 3269 v89zmh
když se odsazovací hlava odtáhne od jazyka, přilne a protáhne se.
kredit: Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND

stanovení měkkosti tkáně žabího jazyka nebylo snadné. Museli jsme vytvořit vlastní odsazovací nástroje, protože měkkost jazyka byla nad možnosti tradičního zařízení pro testování materiálů na akademické půdě. Rozhodli jsme se použít odsazovací stroj, který strká biologické materiály a měří síly. Vztah síla-posunutí pak může popisovat měkkost na základě tvaru odsazení hlavy, jako je válec nebo koule.

typické hlavy pro odsazovací stroje však mohou stát 500 USD nebo více. Nechtěli jsme utrácet peníze nebo čekat na přepravu, rozhodli jsme se vyrobit vlastní kulovité a ploché odrážky z náušnic z nerezové oceli. Po našich testech jsme zjistili, že žabí jazyky jsou asi tak měkké jako mozková tkáň a 10krát měkčí než lidský jazyk. Ano, Testovali jsme tkáň mozku a lidského jazyka (post mortem) v laboratoři pro srovnání.

pro testování vlastností slin jsme narazili na problém: stroj, který by roztočil žabí sliny, vyžadoval pro spuštění testu asi jednu pětinu lžičky tekutiny. Zní to malé, ale ne v souvislosti se sběrem žabích plivat. Obojživelníci jsou jedineční v tom, že vylučují sliny žlázami umístěnými na jejich jazyku. Takže jednou v noci jsme strávili několik hodin škrábáním 15 mrtvých žabích jazyků, abychom získali vzorek slin dostatečně velký pro testovací zařízení.

jak získáváte sliny z žabího jazyka? Snadný. Nejprve vytáhnete jazyk z úst. Za druhé, třete jazyk na plastovou fólii, dokud se nevytvoří (malá) slinná globule. Globule se tvoří díky proteinům hlenu s dlouhým řetězcem, které existují v žabích slinách, podobně jako lidské sliny; tyto proteiny se při víření zamotají jako těstoviny. Pak rychle uchopíte kuličku pomocí pinzety a umístíte ji do vzduchotěsné nádoby, aby se snížilo odpařování.

po testování jsme byli překvapeni, když jsme zjistili, že sliny jsou dvoufázová viskoelastická tekutina. Obě fáze jsou závislé na tom, jak rychle se sliny stříhají, když spočívají mezi rovnoběžnými deskami. Při nízkých smykových rychlostech jsou sliny velmi silné a viskózní; při vysokých smykových rychlostech se žabí sliny stávají tenkými a tekutými. To je podobné barvě, která se snadno šíří štětcem, přesto zůstává pevně přilepená na zdi. Jsou to tyto dvě fáze, které dávají slinám jeho reverzibilitu při zachycení kořisti, pro přilnutí a uvolnění hmyzu.

< br>
jihoamerická rohatá žába demonstruje zachycení kriketu v tomto zpomaleném videu.

chytit kriket

jak měkké tkáně a dvoufázové sliny pomáhají žabímu jazyku držet se hmyzu? Pojďme se projít scénářem zachycení kořisti, který začíná žabím jazykem, který se vytahuje z úst a vrazí do hmyzu.

během této fáze nárazu se jazyk deformuje a ovine kolem hmyzu, čímž se zvětší kontaktní plocha. Sliny se stávají tekutými a pronikají do trhlin hmyzu. Když žába táhne jazyk zpět do úst, tkáň se táhne jako pružina, což snižuje síly na hmyz (podobně jako bungee šňůra snižuje síly na kotníku). Sliny se vrací do svého hustého, viskózního stavu a udržují vysokou přilnavost k hmyzu. Jakmile je hmyz uvnitř úst, oční bulvy tlačí hmyz dolů do krku, což způsobuje, že sliny se opět ztenčují a likvidují.

< br>
žabí oční bulvy jim skutečně pomáhají polykat jídlo tím, že fyzicky tlačí to, co je v ústech, zpět do krku.

je možné, že rozmotání tajemství adheze žabích jazyků by mohlo mít budoucí použití pro věci, jako jsou vysokorychlostní lepicí mechanismy pro dopravní pásy nebo rychlé uchopovací mechanismy v měkké robotice.

a co je nejdůležitější, tato práce poskytuje cenný vhled do biologie a funkce obojživelníků-z nichž 40 procent je v katastrofálním úpadku nebo již vyhynulo. Ve spolupráci s ochranářskou organizací the Amphibian Foundation jsme měli přístup k živým a zachovalým druhům žáby. Výsledky našeho výzkumu nám poskytují lepší pochopení této ohrožené skupiny. Získané poznatky o jedinečných funkcích druhů žáby a ropuchy mohou informovat o rozhodnutích o ochraně přírody pro řízení populací v dynamických a upadajících ekosystémech.

i když není snadné být zelená, žába může najít útěchu v tom, že její jazyk je jedním úžasným lepidlem.

Mark Mandica z Nadace obojživelníků spolupracoval na výzkumu publikovaném v časopise Journal of the Royal Society Interface a spoluautorem tohoto článku.

 konverzace

Alexis Noel, PhD Student v biomechanice, Georgia Institute of Technology a David Hu, docent strojírenství a biologie, pomocný docent fyziky, Georgia Institute of Technology

tento článek byl původně publikován na konverzaci a publikován zde se svolením. Přečtěte si původní článek.

získejte aktualizaci vědeckých příběhů doručených přímo do vaší doručené pošty.

původně publikoval Cosmos jako žabí jazyk je vysokorychlostní lepidlo

Articles

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.