Ящерицы как лотосы

Фото: jeremyfoo / flickr.com

Микроструктуры на поверхности кожи позволяют гекконам оставаться всегда сухими и чистыми

Ярослав Рыбаков

11 марта, 2015 13:48

4 мин

Команда исследователей из Австралии и Великобритании обнаружила ранее неизученную особенность кожи гекконов — ее супергидрофобность.

Гекконы — предмет особого вдохновения и для ученых, и для инженеров. Одни стремятся всесторонне исследовать удивительную способность этих ящериц удерживаться на гладких поверхностях, другие стараются воссоздать ее искусственно. Главный секрет гекконов сегодня раскрыт, и зовется он силами Ван-дер-Ваальса. Эти межмолекулярные взаимодействия возникают между молекулами поверхности и многочисленными спикулами, микроскопическими волоскообразными отростками бета-кератина, которые во множестве покрывают подушечки лап ящериц.

На каждый квадратный миллиметр отростков приходится более 10 тысяч, и каждая спикула в десятки раз тоньше нашего волоса, а в высоту еще в разы короче. Каждая из них способна создавать адгезию от 5 до 25 нН — не слишком много — но вместе они несут достаточно силы для того, чтобы 70-граммовая ящерица могла удерживать десятки килограмм «на весу».

Меньше года назад эти феноменальные способности были воспроизведены: разработчики американского оборонного агентства DARPA представили материал Geckskin, с помощью «присосок» которого 100-килограммовый испытатель с грузом взобрался по вертикальной стеклянной поверхности. Однако недавно гекконы преподнесли новый сюрприз.

Изучая ящерицу Diplodactylus steindachneri, биолог из Австралии Иоланта Уотсон заметила, что на поверхности ее кожи то и дело появляются — и скатываются — мелкие капли влаги. Это происходило и на живом гекконе, и на отдельном срезе кожи: вода собиралась каплями, после чего буквально уносилась прочь, оставляя кожу чистой.

D. steindachneri населяют засушливые австралийские пустыни, в которых дожди большая редкость. Однако холодными вечерами и по утрам местный воздух содержит достаточно влаги для того, чтобы она конденсировалась обильной росой. Оседая на ящерице, вода становится питательной средой для размножения всевозможных паразитических и болезнетворных микробов и грибков. Видимо, поэтому гекконы выработали весьма эффективный механизм «самоочищения».

Исследовав кожу гекконов под микроскопом, Уотсон и ее коллеги из Австралии и Великобритании рассмотрели на ней бугорки диаметром около 250 мкм, покрытые мириадами спикул, каждая из которых не превышала в размере, как и средняя бактерия, пары микрон.

Такие микроструктуры известны у некоторых других живых организмов. Скажем, листьям лотоса они позволяют отталкивать влагу и очищаться от всего, что способно нарасти на них, настолько интенсивно, что явление это получило название «эффекта лотоса». Аналогично действуют и «волоски» на коже гекконов, делающие ее супергидрофобной: вода не смачивает кожу и не образовывает пленку, заставляя формировать крошечные капли, сидящие на кончиках спикул.

Ученые наблюдали за этим процессом в реальном времени. Нарастающие сферические капли увеличивались в размерах и легко сдувались ветром или просто скатывались вниз. Однако в некоторых случаях все происходило еще интереснее: достаточно крупные капли просто отскакивали прочь, будто подброшенные неизвестной силой.

Впрочем, действующая на них сила неизвестной оставалась недолго. В статье, которую Уотсон и ее коллеги недавно опубликовали в журнале Interface, поясняется, что при слиянии двух капель образуется более крупная, имеющая тот же объем, что и две предыдущие в сумме, но площадь поверхности заметно меньшую. Энергия поверхностного натяжения оказывается ниже, а избыток ее превращается в кинетическую, заставляя каплю буквально отскакивать в воздух.

Естественная «самоочистка» не требует никаких усилий и затрат ресурсов со стороны самой ящерицы. Поверхность кожи остается сухой и чистой «автоматически», за счет одной лишь своей структуры. Похоже, инженерам DARPA и других организаций снова есть чему поучиться у гекконов.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе