Влажность делает лапы геккона липче

Гекконы обладают удивительно липкими лапами. Их способность прилипать обеспечивают миллиарды сухих микроскопических волосков, покрывающих подошвы. Однако при повышении влажности лапы геккона прилипают к гладким поверхностям ещё сильнее. Как это происходит?

Келлар Отум и его коллеги обнаружили, что повышенная влажность размягчает кератин, из которого состоят липкие волоски-щетинки (сеты). Это позволяет им деформироваться и плотнее прилипать к поверхностям по сравнению с сухими условиями.

В отличие от клейких субстанций, которые теряют хватку и оставляют следы, сухие волоски геккона обеспечивают многократное прилипание к самым гладким поверхностям. Ещё в 2002 году Отум установил, что эти волоски находятся в таком тесном контакте с поверхностью, что рептилии «приклеиваются» за счёт сил Ван-дер-Ваальса, без жидких адгезивов. Более поздние исследования предполагали, что в условиях высокой влажности гекконам может помогать капиллярное действие микроскопических капель воды между сетами и поверхностью.

Отум и его лаборатория из Колледжа Льюиса и Кларка и Университета Вашингтона (США) решили это проверить. 15 октября 2010 года в The Journal of Experimental Biology они опубликовали открытие: влажность помогает гекконам крепче держаться, размягчая поверхность их лап.

Исследователи собрали пучки сет с лап геккона и закрепили их на механическом тестовом устройстве «Robotoe», которое воспроизводит движение лапы рептилии при контакте с поверхностью. Волоски протягивали по двум поверхностям (водоотталкивающей и смачиваемой) с разной скоростью и при влажности от 10% до 80%, чтобы проверить гипотезу о микроскопических водяных мостиках.

Если бы рептилии использовали капиллярные силы, сеты должны были бы сильнее прилипать к смачиваемой поверхности. Однако адгезия и трение были практически одинаковыми на обеих поверхностях. Также не было разницы между быстро движущимися сетами (у которых не успевают образоваться водяные мостики) и медленно движущимися. Гекконы не дополняли силы Ван-дер-Ваальса капиллярными силами.

Аспирант Майкл Проуз детальнее изучил механические свойства материала лап. Зная, что сеты состоят из кератина, который размягчается при высокой влажности, команда измерила, как меняется их мягкость.

Повторно растягивая и отпуская полоску сет с разной частотой (0.5, 5 и 10 Гц) при влажности от 10% до 80%, команда измерила передаваемую силу, чтобы рассчитать модуль упругости (количество накапливаемой упругой энергии). При повышении влажности модуль упругости снизился на 75%, и полоска сет стала значительно мягче и более деформируемой.

Джонатан Патхофф построил математическую модель, которая подтвердила: более мягкие и деформируемые сеты объясняют улучшенное сцепление при высокой влажности. Возросшая мягкость не только усилила контакт между сетами и поверхностью, но и облегчила отлипание лапы.

Таким образом, повышенная влажность не создаёт микроскопических водяных мостиков, а размягчает кератиновые волоски на лапах геккона, помогая им крепче держаться и легче отлипать.