どのようにカエルの舌を勉強して立ち往生しますか? カエルの粘着性のある、ぬるぬるした世界への私たちの研究は、すべてのモバイルゲームで偽の昆虫で突進本物のアフリカのウシガエルのユーモラスな このカエルは明らかにゲームの専門家だった;その舌の速度と精度は、ティーンエイジャーのテキストメッセージの親指に匹敵する可能性があります。

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著者の舌の研究の起源であったカエル。

さらにYouTubeの研究では、マウス、タランチュラ、さらには他のカエルを食べるカエルの驚くべきビデオが得られました。

汎用性の高いカエルの舌は、濡れた毛むくじゃらの滑りやすい表面を同じように簡単につかむことができます。 それは私達の設計された接着剤より大いによくします–世帯テープはぬれたか挨りだらけの表面にしっかりと付くことができません。 この舌をさらに印象的なものにするのは、その速度です:4,000種以上のカエルとヒキガエル暗礁の獲物は、人間が点滅するよりも速くなります。 カエルの舌がとても独特に粘着性になるのは何ですか? 私たちのグループは見つけることを目指しました。

ベースラインカエルの舌の知識

カエルの舌への初期の近代的な科学的関心は、生物学者オーガスタス–ウォーラーが神経と乳頭に関する最初の文書化されたカエルの舌の研究を発表したとき、1849年に来ました-舌の上に見られる表面微細構造。 ウォーラーは、カエルの舌の柔らかく粘着性のある性質に魅了され、彼が呼んだもの:

“生きているカエルの舌が持つ独特の利点…この器官の極端な弾力性と透明性は、私に顕微鏡にそれを提出させるように誘導した。”

バイオメカニクスの研究者KleinteichとGorbが角のあるカエルCeratophrys cranwelliの舌力を最初に測定した165年前の早送り。 彼らは2014年に、カエルの付着力が体重の1.4倍に達することができることを発見した。 それは粘着性があるカエルの舌が自身の重量ほぼ二度持ち上げるには十分に強いことを意味します。 彼らは、舌が粘着テープまたは粘着剤のように作用すると仮定した-軽い圧力の下で基材に付着する恒久的に粘着性のある表面。

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ペトリ皿を握っているカエルの舌は、その粘りだけで。
Credit:Alexis Noel/Georgia Tech,CC BY-ND

粘着性のあるカエルの舌に関する私たち自身の研究を開始するために、高速ビデオ撮影を使用して昆虫を食べる様々なカエルやヒキガエルを撮影しました。 私たちは、カエルの舌が人間の目の瞬きよりも5倍速く、0.07秒以下で昆虫を捕獲することができることを発見しました。 さらに、捕獲中のカエルの口に向かって昆虫の加速は、重力の12倍の加速に達することができます。 比較のために、宇宙飛行士は通常、ロケットの打ち上げ中に重力の約3倍の加速を経験します。

材料試験に向けて

徹底的に興味をそそられ、我々は粘着性の舌が高加速で獲物にどのようにうまく保持されているかを理解したかった。 私たちは最初にいくつかのカエルの舌を収集する必要がありました。 ジョージア工科大学ではキャンパス内の生物解剖クラスを追跡しました北ヒョウのカエルを定期的に使用していました

計画はこれでした: 柔らかさを決定するために舌の組織を突き、粘度を決定するために二つのプレートの間にカエルの唾液を回転させます。 柔らかさと粘度は、それぞれ固体材料と流体材料を比較するための一般的な指標です。 柔らかさは、伸張力が加えられたときの舌の変形を表し、粘度は唾液の動きに対する抵抗を表します。

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インデントヘッドが舌から離れると、付着して伸びます。
クレジット: Alexis Noel/Georgia Tech,CC BY-ND

カエルの舌組織の柔らかさを決定するのは簡単な作業ではありませんでした。 私達は舌の柔らかさがキャンパスの従来の材料試験装置の機能を越えてあったので私達の自身の刻み目用具を作成しなければならなかった。 私達は生物的材料を突き、力を測定する刻み目機械を使用することにした。 力と変位の関係は、円柱や球などのインデントヘッドの形状に基づいて柔らかさを記述することができます。

しかし、インデントマシンの典型的なヘッドはUS$500以上の費用がかかります。 お金を使うか、または船積みに待つことを望んでいない私達はステンレス鋼のイヤリングから私達の自身の球形および平ら頭の圧子を作ることに 私たちのテストの後、私たちはカエルの舌が脳組織と同じくらい柔らかく、人間の舌よりも10倍柔らかいことを発見しました。 はい、私たちは比較のために実験室で脳と人間の舌組織(死後)をテストしました。

唾液の特性をテストするために、我々は問題に遭遇した:カエルの唾液を回転させる機械は、テストを実行するために小さじ1杯の液体を必要とした。 小さく聞こえるが、カエルの唾を集めるという文脈ではない。 両生類は、舌の上にある腺を通して唾液を分泌するという点でユニークです。 だから、ある夜、私たちは試験装置のために十分な大きさの唾液サンプルを得るために15の死んだカエルの舌をこすり数時間を費やしました。

カエルの舌から唾液を得るにはどうすればよいですか? 落ち着け まず、舌を口から引き出します。 第二に、あなたは(小さな)唾液小球が形成されるまで、プラスチックシートの上に舌をこすります。 小球は人間の唾液のようなカエルの唾液に、多くある長鎖の粘液蛋白質が原因で形作ります;これらの蛋白質はパスタのように渦巻いたときもつれま それからピンセットを使用して小球をすぐにつかみ、蒸発を減らすために気密の容器に置きます。

実験の後、唾液が二相粘弾性流体であることに驚きました。 二つの相は、平行プレートの間で休んでいるとき、唾液がせん断されるどのように迅速に依存しています。 低いせん断速度で、唾液は非常に厚く、粘性である;高いせん断速度で、カエルの唾液は薄く、liquidyになる。 これは、ブラシで簡単に広がる塗料に似ていますが、壁にしっかりと付着したままです。 唾液に昆虫を付着させ、解放するための獲物の捕獲の可逆性を、与えるそのこれら二つの段階。

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南米の角のあるカエルは、このスローモーションビデオでクリケットをキャプチャを示しています。

コオロギを捕まえるには

軟組織と二相唾液はカエルの舌が昆虫にくっつくのをどのように助けるのですか? カエルの舌が口からズームアウトし、昆虫に叩きつけることから始まる獲物捕獲シナリオを歩いてみましょう。

この衝撃相の間、舌は変形して昆虫の周りを包み込み、接触面積を増加させます。 唾液は液体になり、昆虫の亀裂を貫通する。 カエルが舌を口の中に戻すと、組織は春のように伸び、昆虫の力を減らします(バンジーコードが足首の力を減らすのと同様)。 唾液は、昆虫の高いグリップを維持し、その厚い、粘性の状態に戻ります。 昆虫が口の中に入ると、眼球が昆虫を喉の下に押し込み、唾液が再び薄くて液体になります。

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カエルの眼球は、実際に彼らが物理的に喉に戻って口の中にあるものを押すことによって彼らの食べ物を飲み込むのを助けます。

カエルの舌の接着の秘密を解くことは、コンベアベルトの高速接着機構やソフトロボティクスの高速把持機構のようなものへの将来の応用がある可能性がある。

最も重要なことに、この研究は両生類の生物学と機能についての貴重な洞察を提供しています–そのうちの40%は壊滅的な減少にあるか、すでに絶滅し 保護団体の両生類財団と協力して、私たちは生きているカエルの種を保存していました。 私たちの研究の結果は、この損なわれたグループのより大きな理解を私たちに提供します。 カエルやヒキガエルの種のユニークな機能について収集された知識は、ダイナミックで減少している生態系の個体群を管理するための保全決定を知

それは緑であることは容易ではありませんが、カエルはその舌が一つの驚くべき接着剤であるという事実に慰めを見つけるかもしれません。

両生類財団のMark Mandicaは、Journal of The Royal Society Interfaceに掲載された研究に協力し、この記事を共著しました。

the conversation

Alexis Noel,PhD Student in Biomechanics,Georgia Institute of Technology and David Hu,Associate Professor of Mechanical Engineering and Biology,Adjunct Associate Professor of Physics,Georgia Institute of Technology

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