«Адгезивный аппарат для геккона, одна из самых ярких инноваций, продемонстрированных позвоночными, интенсивно изучается в течение последних 16 лет и представляет значительный интерес для нанотехнологов и биомиметиков», — сказал Хайэм. «Но почти ничего не известно о происхождении этой адгезивной способности. G. humeralis, обнаруженный в Южной Америке, показывает, как могли возникнуть адгезионные способности гекконов.
Наш интегральный анализ этого геккона показывает, что неожиданно у него появились микроскопические волоски, называемые щетинки под его пальцами, которые позволяют ему делать нечто совершенно иное, чем все другие гекконы из рода Gonatodes: цепляться за гладкие поверхности, такие как листья. Он делает это без всей сложной структуры пальцев, которые типичны для гекконов, которыми мы являемся более знаком с. В лаборатории этот геккон может лазать по гладким вертикальным поверхностям, используя свою зарождающуюся адгезивную систему ».Хайэм объяснил, что щетинки взаимодействуют с поверхностями посредством притягивающих сил Ван-дер-Ваальса.
Таким образом, относительно простое выражение щетинок на пальцах G. humeralis дает огромное преимущество в секторах среды обитания, типичными для которых являются гладкие наклонные поверхности с низким коэффициентом трения, такие как листья и скользкие стебли, что позволяет G. humeralis избегать хищников, занимая свои места. среда обитания, недоступная для других представителей этого рода. В то время как он может надежно прикрепляться к вертикальным побегам бамбука, например, другие виды рода Gonatodes обычно взбираются на грубые стволы деревьев, камни, упавшие пальмы и передвигаются по земле — местам, где их хищники изобилуют.«Относительно простая адгезивная система G. humeralis свидетельствует о том, что небольшие изменения формы могут резко повлиять на функциональные результаты и экологические ниши, которые можно использовать», — сказал Хайэм. «Этот якобы беспощадный геккон предлагает нам моментальный снимок — решающую промежуточную стадию — эволюции адгезионного аппарата.
Он говорит нам:« Смотрите, вот как гекконы с подушечками начали приобретать адгезию ».Кроме того, результаты показывают, что возникновение адгезии у гекконов было постепенным и привело к серьезным сдвигам в экологии и функциях. Они также предполагают, что тонкие морфологические изменения могут спровоцировать быструю эволюцию.
Результаты исследования опубликованы 29 сентября в Биологическом журнале Линнеевского общества.Щетинки G. humeralis короткие и простые по сравнению с щетинками гекконов с подушечками, например гекконов токай. Щетинки расположены рядом с усиливающими трение «шипиками» — небольшими выступами, которые не играют никакой роли в сращивании, которые находятся под лапами многих ящериц и гекконов.
Авторы утверждают, что щетинки G. humeralis являются результатом трансформации шипиков.«До сих пор мы не видели геккона, показывающего начало адгезивной системы», — сказал Хайэм. «Во всех нововведениях, наблюдаемых в животном мире, мы редко видим их начало. Наши результаты служат хорошим доказательством против идей разумного замысла.
Эволюция происходит поэтапно, как показывает« моментальный снимок », о котором мы сообщаем. Начните со сложности. Небольшие модификации могут, однако, привести к сложности. Ключевые инновации могут осуществляться небольшими шагами и вести к процессам обратной связи, которые приводят к более сложным представлениям таких систем.
Наше исследование предлагает больше экспериментальных доказательств, подтверждающих это . "Хайэм и его коллеги нашли образцы G. humeralis в Тринидаде и Французской Гвиане. Сначала они использовали сканирующую электронную микроскопию, чтобы изучить микроанатомию под пальцами гекконов и морфометрию, чтобы сравнить их с близкими родственниками. После этих первоначальных наблюдений команда изучила этот и другие виды в лаборатории, используя комбинацию высокоскоростного видео для измерения движений и датчиков силы для количественной оценки способности цепляться, обнаружив, что только G. humeralis может генерировать силу сцепления и подниматься по гладкой вертикальной поверхности акрила.
«Наша работа может заинтересовать исследователей в области нанотехнологий и биомимикрии, потому что она исследует вопрос:« Каковы минимальные структурные модификации, обеспечивающие адгезию? » Роботы, вдохновленные гекконом, обычно имеют полностью развитые системы адгезии. Но необходимо ли это? Наша работа предполагает, что для создания хорошей системы адгезии требуется немного, и поэтому может помочь упростить наш подход к биомимикрии и воссоздать адгезию в лаборатории. . "