Was Geckos ungeklebt lässt

Geckos sind die Superhelden der Echsenfamilie. Ausgestattet mit klebrigen Zehenpolstern, die das Gewicht von zwei Menschen tragen können, haften sie an den Wänden und huschen mühelos über die Decken. Aber wie jeder Superheld haben die Reptilien ihren Kryptonit. Eine neue Studie zeigt, dass durchnässte Oberflächen und nasse Füße den Halt verlieren.

Der Schlüssel zum Erfolg des Geckos liegt in winzigen haarähnlichen Strukturen, Setae genannt, die sich an der Basis seiner Zehen befinden. Jede dieser mikroskopischen Borsten kann sich in Hunderte von nanoskaligen Spitzen aufteilen, die als Septulae bezeichnet werden. Septulae erzeugen sogenannte Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen ihren Molekülen und den Molekülen der Oberfläche, an der sich eine Eidechse festhält. Solche Wechselwirkungen sind normalerweise schwach, aber da sich auf den Zehen jedes Geckos Millionen von Septula befinden, fügt jede winzige Borste einen kleinen Griff hinzu, der zusammen einen sicheren Halt schafft. Eine Million Setae, die auf einen Cent genau passen würden, könnten das Gewicht eines Kindes tragen.

Frühere Forschungen hatten die Haftfähigkeit von Geckos auf trockenen Oberflächen wie glattem Glas und rauen Wänden getestet, aber sie hatten nicht untersucht, wie die Reptilien auf nassen Oberflächen reagieren, die in Regenwaldumgebungen, in denen viele Geckos leben, üblich sind. In der neuen Studie haben Forscher der University of Akron in Ohio eine Gruppe von Tokay-Geckos ( Gekko-Gecko ) mit einem winzigen Gurt ausgestattet, der an einen Kraftsensor angeschlossen ist, und die Reptilien auf trockenen, beschlagenen und mit Wasser bedeckten Glasflächen platziert. Als der Gurt die Geckos zurückzog, maß der Sensor, wie viel Kraft erforderlich war, um die gut befestigten Reptilien zu lösen. Als die Oberflächen nasser wurden, bemühten sich die Geckos, ihren Griff zu behalten.

Abwarten! Ein Gecko rutscht aus und versucht, mit nassen Füßen an einer Glasoberfläche festzuhalten. Credit: Alyssa Stark Universität Akron, Department of Biology Weitere Videos zu wissenschaftlichen Neuigkeiten

Anschließend testeten die Forscher, wie die Geckos auf verschiedenen Oberflächen mit nassen Füßen umgingen. Sie tauchten die Füße der Echsen 90 Minuten lang in Wasser, schnallten sie dann an die Gurte und testeten sie erneut auf denselben Oberflächen. Diesmal stellte das Team eine signifikante Verringerung der Haftfähigkeit fest. Ein Gecko benötigt 20N Kraft oder etwa das 20-fache seines eigenen Körpergewichts, um zu rutschen, wenn seine Füße trocken und auf trockener Oberfläche sind. Aber wenn die Füße eines Geckos nass waren, blieben sie mit weniger als 1 N Kraft hängen. Ein Gecko, dessen Füße untergetaucht waren, rutschte auf denselben trockenen Oberflächen ab, auf denen er normalerweise kein Problem hätte, aufzurutschen (siehe Video). Die Fähigkeit eines Geckos war am stärksten beeinträchtigt, wenn seine Füße und die Oberfläche durchnässt waren und mit weniger als 0, 5 N Kraft ausrutschten, berichtet das Team heute online im Journal of Experimental Biology .

Obwohl die Wissenschaftler die Antwort noch nicht kennen, besteht eine Hypothese, warum die untergetauchten Geckos ihre Klebrigkeit verloren haben, darin, dass ihre Zehen ihre superhydrophoben oder wasserbeständigen Eigenschaften verloren, als sie mit Wasser übersättigt wurden.

"Es ist interessant, weil wir Geckos im Allgemeinen als wirklich gut im Stecken halten", sagt die Hauptautorin und integrative Biologin Alyssa Stark. "Dieses Experiment zeigt, dass ihre Fähigkeiten einige Einschränkungen aufweisen."

Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, die Ökologie eines Tieres und die Oberflächen zu verstehen, auf die es normalerweise in freier Wildbahn trifft, insbesondere wenn man die Biomechanik dieses Organismus betrachtet, sagt Timothy Higham, Biomechaniker an der Universität von Kalifornien in Riverside, der nicht daran beteiligt war die Arbeit. "Vor dieser Studie hätten wir wahrscheinlich nicht vermutet, dass Wasser die Adhäsion so stark beeinflusst hätte. Tatsächlich hätten wir sogar vorhergesagt, dass es die Adhäsion überhaupt nicht beeinflusst, da die hydrophoben Pads des Geckos in Wasser ziemlich gut funktionieren sollen . "

Duncan Irschick, ein Funktionsbiologe an der Universität von Massachusetts, Amherst, sagt, dass er von den Ergebnissen nicht schockiert war. "Es ist nicht unerwartet, dass die Klebeleistung von Eidechsen verringert wird, wenn sie in Wasser getaucht werden." Erstaunlich sei, inwieweit die Klebeleistung des Geckos abgenommen habe.

Laut Stark wird die Forschung ihres Teams es Biologen ermöglichen, besser zu verstehen, wie sich Geckos verhalten, wenn sie von einem Raubtier angefahren werden, während sie nass sind, und wie sie einen durchnässten Ast festhalten. Dies hat auch Auswirkungen auf Wissenschaftler, die nach neuen Klebstoffen suchen, die durch Nachahmung der Mechanik des Geckos immense Gewichte tragen können. Ali Dhinojwala, Polymerwissenschaftler an der Universität von Akron, erklärt, dass Wissenschaftler durch das Verstehen der Ursachen für das Versagen der Gecko-Haftung die gleichen Gefahren vermeiden können, wenn sie synthetische, geckoähnliche Klebstoffe entwickeln, die in der Medizin, in der Robotik und in neuen Bereichen eingesetzt werden könnten Superkleber. Wenn Wissenschaftler die Grenzen des natürlichen Klebstoffsystems des Geckos untersuchen, erhalten sie möglicherweise Klebstoffe, die wiederverwendbar sind, ein enormes Gewicht haben und auch im nassen Zustand lange Zeit stark bleiben.