Эта адгезивная система работает лучше всего, когда нагрузка — приложение веса геккона — происходит вдоль длинной оси пальца ноги, и когда эта нагрузка идет вдоль естественной кривизны щетинок. Но могут ли гекконы использовать эту адгезивную систему при спуске с горы? Если щетинки расположены так, что нагрузка может быть против их естественной кривизны, не соскользнет ли геккон при движении вниз по склону?
Биологи из Калифорнийского университета в Риверсайде провели эксперименты с гекконами в лаборатории, чтобы найти ответ. Они обнаружили, что при движении по крутым склонам гекконы меняют положение задних лап, чтобы потенциально использовать адгезивную систему в качестве тормоза и / или стабилизатора, в результате чего пальцы на задних лапах обращены назад, а щетинки на задних лапах выровнены вдоль. естественная кривизна щетинок для противодействия силе тяжести.
В частности, на 45-градусном спуске гекконы поворачивали задние конечности на 70 градусов назад (к хвосту).«Эта многофункциональная адгезивная система для гекконов позволяет эффективно передвигаться как на подъемах, так и на спусках», — сказал Тимоти Хайэм, доцент биологии, в лаборатории которого проводились исследования. «Без этой способности гекконы были бы эффективны при подъеме, но они не смогли бы так легко спускаться.
Более того, они могли бы резко упасть с горы».Исследование находит применение в робототехнике, в частности, в том, как можно сконструировать роботов для перемещения вверх и вниз по сложным поверхностям.
Большинство исследований передвижения животных проводилось на ровной местности. По словам Хайэма, хотя относительно легко предсказать спрос на животное, идущее в гору, и даже заставить его двигаться в гору, гораздо труднее заставить животное двигаться вниз.«В литературе очень много движений в гору — так сказать, низко висящие плоды», — сказал он. «В отличие от этого, исследований движения на спуске мало. Но необходимо внимательно изучить то, как животные обеспечивают стабильность своему телу при движении по неровной местности — управляемый спуск гекконов — лишь один из примеров».
Исследование также показало, что когда гекконы движутся вниз по склону, передние конечности, вероятно, служат тормозами, давя на поверхность, увеличивая трение; а задние конечности, вероятно, действуют как стабилизаторы, подобно тренировочным колесам на детском велосипеде.Результаты исследования опубликованы сегодня (14 октября) в журнале «Биологические письма» Королевского общества.
«Адгезия гекконов направлена», — пояснила Александра В. Бирн-Джеффри, первый автор исследовательской работы и бывший научный сотрудник лаборатории Хайэма. «Он не работает как липучка, и здесь нет присосок. Сцепление происходит за счет межмолекулярных сил и трения (силы сдвига), и оно в первую очередь действует вдоль длинной оси пальца.
Это ограничивает ориентацию стопы во время передвижение ".Бирн-Джеффри и Хайэм использовали Chondrodactylus bibronii (геккон) в своих экспериментах из-за его разнообразных предпочтений в среде обитания и отсутствия функциональных когтей. Прежде чем нанести клейкую систему, геккон скручивает пальцы в воздухе, затем ставит ступню на поверхность, разворачивает пальцы и включает систему.
Затем, прежде чем снова поднять ногу, он скручивает пальцы.«Они делают это, чтобы высвободить клеящую систему. В противном случае может быть трудно оторваться от поверхности, поскольку клеящая система будет очень прочной», — сказал Бирн-Джеффри.
Затем исследователи изучат гекконов в их естественной среде обитания в Намибии и Южной Африке. Планируется, что Хайэм посетит Намибию в ноябре 2014 года.«Любопытно, что не многие люди изучали, как гекконы спускаются с горы», — сказал он. «Мы первые, кто действительно это понял».
Исследование было поддержано грантом Хайэма от Национального научного фонда. В Калифорнийском университете в Риверсайде его исследования в основном сосредоточены на сравнительной биомеханике наземного передвижения.
Он присоединился к университету в 2011 году после постдокторантуры в Гарвардском университете и трехлетней доцентской должности в Университете Клемсона, Южная Каролина. Он получил докторскую степень. из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Бирн-Джеффри работала в лаборатории Хайэма с декабря 2012 года по август 2014 года. В настоящее время она работает научным сотрудником постдокторантуры в рабочей группе по биомеханике насекомых Кембриджского университета, Соединенное Королевство.