hogyan lehet elakadni a békanyelvek tanulmányozásában? Tanulmányunk a ragadós, nyálkás békák világában egy humoros videóval kezdődött, amelyben egy igazi afrikai bullfrog hamis rovarokra rohant egy mobil játékban. Ez a béka egyértelműen a játék szakértője volt; nyelvének sebessége és pontossága vetekedhet a tizenévesek hüvelykujjával.

< br>
a béka, amely a szerzők nyelvkutatásának genezise volt.

további YouTube-kutatások lenyűgöző videókat hoztak létre a békákról, amelyek egereket, tarantulákat és más békákat fogyasztanak.

a sokoldalú békanyelv ugyanolyan könnyedén megfogja a nedves, szőrös és csúszós felületeket. Sokkal jobban működik, mint a tervezett ragasztóink – még a háztartási szalagok sem tudnak szilárdan tapadni a nedves vagy poros felületekhez. Ami még lenyűgözőbbé teszi ezt a nyelvet, az a sebessége: több mint 4000 béka-és varangyfaj gyorsabban zsákmányol, mint amennyit egy ember pislogni tud. Mi teszi a béka nyelvét olyan egyedülállóan ragadóssá? A csoport célja, hogy megtudja.

alapvető békanyelv – ismeretek

a korai modern tudományos figyelem a békanyelvekre 1849-ben érkezett, amikor Augustus Waller biológus közzétette az első dokumentált békanyelv-tanulmányt az idegekről és a papillákról-a nyelv felszíni mikrostruktúráiról. Wallert lenyűgözte a békanyelv puha, ragadós jellege, és amit ő így nevezett:

“az élő béka nyelvének sajátos előnyei…ennek a szervnek a rendkívüli rugalmassága és átlátszósága arra késztetett, hogy mikroszkóp alá vessem.”

165 évvel előre, amikor kleinteich és Gorb biomechanikai kutatók elsőként mérték a nyelv erejét a ceratophrys cranwelli szarvasbéka esetében. 2014-ben azt találták, hogy a béka tapadási erői akár a testtömeg 1,4-szeresét is elérhetik. Ez azt jelenti, hogy a ragadós békanyelv elég erős ahhoz, hogy saját súlyának majdnem kétszeresét megemelje. Feltételezték, hogy a nyelv ragacsos szalagként vagy nyomásérzékeny ragasztóként működik-tartósan tapadó felület, amely könnyű nyomás alatt tapad az aljzatokhoz.

Image 20170131 3244 7r5phb
béka nyelv feltartotta a petri-csészét csak a ragadósságával.
hitel: Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND

a ragadós békanyelvekkel kapcsolatos saját tanulmányunk megkezdéséhez különféle békákat és varangyokat filmeztünk, amelyek rovarokat esznek nagy sebességű videóval. Megállapítottuk, hogy a béka nyelve 0,07 másodperc alatt képes befogni egy rovart, ötször gyorsabban, mint az emberi szem pislogása. Ezenkívül a rovarok gyorsulása a béka szája felé a befogás során elérheti a gravitáció gyorsulásának 12-szeresét. Összehasonlításképpen: az űrhajósok általában a gravitáció gyorsulásának körülbelül háromszorosát tapasztalják meg egy rakéta indítása során.

az anyagvizsgálathoz

alaposan érdeklődve meg akartuk érteni, hogy a ragadós nyelv milyen jól tartja a zsákmányt nagy gyorsulások mellett. Először össze kellett gyűjtenünk néhány békanyelvet. Itt a Georgia Tech-nél, lenyomoztunk egy egyetemi biológiai boncolási osztályt, aki rendszeresen használt északi leopárdbékákat.

a terv ez volt: Piszkálja a nyelvszövetet a lágyság meghatározásához, a béka nyálát pedig két lemez között forgassa a viszkozitás meghatározásához. A lágyság és a viszkozitás közös mutatók a szilárd és a folyékony anyagok összehasonlítására. A lágyság a nyelv deformációját írja le, amikor nyújtóerőt alkalmaznak, a viszkozitás pedig a nyál mozgással szembeni ellenállását.

Image 20170131 3269 v89zmh
amikor a behúzófej elhúzódik a nyelvtől, tapad és nyúlik.
hitel: Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND

a béka nyelv szövetének lágyságának meghatározása nem volt könnyű feladat. Saját behúzó eszközöket kellett létrehoznunk, mivel a nyelv lágysága meghaladta az egyetemen a hagyományos anyagvizsgáló berendezések képességeit. Úgy döntöttünk, hogy egy behúzógépet használunk, amely biológiai anyagokat bök és erőket mér. Az erő-elmozdulás viszony ezután leírhatja a lágyságot a behúzófej alakja, például henger vagy gömb alapján.

a behúzógépekre jellemző fejek azonban legalább 500 dollárba kerülhetnek. Nem akarta költeni a pénzt, vagy várni a szállítás, úgy döntöttünk, hogy a saját gömb alakú és lapos fejű behúzók rozsdamentes acél fülbevaló. A vizsgálatok után megállapítottuk, hogy a békanyelv olyan puha, mint az agyszövet, és 10-szer lágyabb, mint az emberi nyelv. Igen, teszteltük az agy és az emberi nyelv szövetét (post mortem) a laborban összehasonlítás céljából.

a nyál tulajdonságainak teszteléséhez problémába ütköztünk: a béka nyálát centrifugáló gépnek egy teáskanál folyadék körülbelül egyötödére volt szüksége a teszt futtatásához. Kicsinek hangzik, de nem a béka nyárs gyűjtésének összefüggésében. A kétéltűek egyedülállóak abban, hogy nyálat választanak ki a nyelvükön található mirigyeken keresztül. Így, egy este néhány órát töltöttünk 15 halott békanyelv kaparásával, hogy elég nagy nyálmintát kapjunk a tesztelő berendezéshez.

hogyan lehet levenni a nyálat a béka nyelvéről? Nyugi. Először húzza ki a nyelvet a szájából. Másodszor, dörzsölje a nyelvet egy műanyag lapra, amíg egy (apró) nyálgömb képződik. A gömbök a béka nyálában létező hosszú láncú nyálfehérjék miatt alakulnak ki, hasonlóan az emberi nyálhoz; ezek a fehérjék összekuszálódnak, mint a tészta, amikor kavarognak. Ezután csipesszel gyorsan megragadja a gömböt, és légmentesen lezárt edénybe helyezi a párolgás csökkentése érdekében.

a tesztelés után meglepődve tapasztaltuk, hogy a nyál kétfázisú viszkoelasztikus folyadék. A két fázis attól függ, hogy a nyál milyen gyorsan nyíródik, amikor párhuzamos lemezek között pihen. Alacsony nyírási sebességnél a nyál nagyon vastag és viszkózus; magas nyírási sebességnél a béka nyál vékony és folyékony lesz. Ez hasonló a festékhez, amelyet ecsettel könnyen el lehet terjeszteni, mégis szilárdan tapad a falra. Ez a két fázis biztosítja a nyál visszafordíthatóságát a zsákmány elfogásában, a rovarok tapadásához és felszabadításához.

< br>
egy dél-amerikai szarvas béka bemutatja a krikett rögzítését ebben a lassított videóban.

a tücsök elkapása

hogyan segíti a lágy szövetek és a kétfázisú nyál a béka nyelvét egy rovarhoz tapadni? Sétáljunk át egy zsákmányfogási forgatókönyvön, amely azzal kezdődik, hogy egy béka nyelv kicsinyül a szájából, és belecsapódik egy rovarba.

ebben az ütközési szakaszban a nyelv deformálódik, és körülveszi a rovarot, növelve az érintkezési területet. A nyál folyékonyvá válik, behatolva a rovar repedéseibe. Amint a béka visszahúzza a nyelvét a szájába, a szövet rugóként húzódik, csökkentve a rovarra nehezedő erőket (hasonlóan ahhoz, ahogyan a bungee zsinór csökkenti a bokájára nehezedő erőket). A nyál visszatér vastag, viszkózus állapotába, fenntartva a rovar nagy tapadását. Amint a rovar a szájban van, a szemgolyók lenyomják a rovarot a torokban, aminek következtében a nyál ismét vékony és folyékony lesz.

< br>
a békák szemgolyói valójában segítenek nekik lenyelni az ételt azáltal, hogy fizikailag visszatolják a szájban lévő anyagot a torokba.

lehetséges, hogy a békanyelvek tapadási titkainak kibontása a jövőben olyan alkalmazásokhoz vezethet, mint a szállítószalagok nagy sebességű ragasztómechanizmusai, vagy a lágy robotika gyors megragadási mechanizmusai.

a legfontosabb, hogy ez a munka értékes betekintést nyújt a kétéltűek biológiájába és működésébe – amelyek 40 százaléka katasztrofális hanyatlásban van vagy már kihalt. Az Amphibian Foundation természetvédelmi szervezettel együttműködve hozzáférhettünk élő és megőrzött békafajokhoz. Kutatásaink eredményei jobban megértik ezt a veszélyeztetett csoportot. A béka-és varangyfajok egyedi funkcióiról összegyűjtött ismeretek segíthetnek a dinamikus és hanyatló ökoszisztémák populációinak kezelésére vonatkozó természetvédelmi döntések meghozatalában.

bár nem könnyű zöldnek lenni, a béka vigaszt találhat abban a tényben, hogy nyelve egy csodálatos ragasztó.

Mark Mandica, az Amphibian Foundation munkatársa közreműködött a Journal of the Royal Society Interface című folyóiratban megjelent kutatásban, és társszerzője volt ennek a cikknek.

a beszélgetés

Alexis Noel, PhD hallgató biomechanika, Georgia Institute of Technology és David Hu, docens Gépészmérnöki és biológia, adjunktus docens fizika, Georgia Institute of Technology

ez a cikk eredetileg megjelent a beszélgetés és újraközölt itt engedélyével. Olvassa el az eredeti cikket.

kap egy frissítést a tudományos történetek egyenesen a postaládájába.

eredetileg a Cosmos, mint a béka nyelv egy nagy sebességű ragasztó

Articles

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.