壁虎如何抓牢

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在電影《蜘蛛俠》中,彼得·帕克看著自己的手掌,發現它們長出了濃密的黑色毛髮,使他能夠牢牢抓住牆壁和天花板。越來越多的證據表明,壁虎蜥蜴也藉助毛髮狀的突起來緊貼表面。然而,壁虎的毛髮非常微小,它們並非透過抓住基質的不規則處來起作用,而是透過促進分子鍵的形成,從而在壁虎的腳和它行走的表面之間產生電動吸引力。因此,這些富有魅力的生物甚至可以在拋光的玻璃上倒立爬行。

由劉易斯和克拉克學院的凱勒·奧特姆及其同事進行的先前研究表明,壁虎的腳毛,即剛毛,透過這些所謂的範德華力粘附在表面上。但該團隊未能否定一個競爭性假設,該假設認為粘附力來自水基力。發表在本週《美國國家科學院院刊》線上報告中的新研究,駁斥了這一理論。

研究人員推斷,如果諸如毛細管粘附之類的水基力是壁虎抓握的秘密,那麼這種動物的腳趾——每個腳趾都帶有數十萬根剛毛——就不應該粘附在疏水性(“憎水性”)表面上。然而,在隨後的實驗中,壁虎的腳趾在疏水性和親水性(“喜水性”)基質上都同樣能很好地粘附。單獨的、分離的剛毛在兩種型別的表面上也同樣有效。


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奧特姆和他的合作者進一步確定,剛毛尖端的尺寸——從每根毛髮分支出去的數百個鏟狀突起,增加了表面密度——非常接近於人們如果認為範德華力是壁虎粘附力的主要機制時所期望的尺寸。這暗示,是剛毛尖端的尺寸,而不是剛毛材料的性質,賦予了蜥蜴的立足點。當研究人員用兩種不同的材料製造剛毛尖端,並發現兩者都像預測的那樣粘附在表面上時,就驗證了這一想法。

據研究人員稱,這一發現不僅提供了對壁虎和其他生物中剛毛結構功能的見解,還暗示瞭如何改進合成幹膠:將它們的表面細分為小的、類似剛毛尖端的突起,從而增加表面密度,可能會增強粘性。

Kate Wong is an award-winning science writer and senior editor at 大眾科學 focused on evolution, ecology, anthropology, archaeology, paleontology and animal behavior. She is fascinated by human origins, which she has covered for more than 25 years. Recently she has become obsessed with birds. Her reporting has taken her to caves in France and Croatia that Neandertals once called home, to the shores of Kenya's Lake Turkana in search of the oldest stone tools in the world, to Madagascar on an expedition to unearth ancient mammals and dinosaurs, to the icy waters of Antarctica, where humpback whales feast on krill, and on a "Big Day" race around the state of Connecticut to find as many bird species as possible in 24 hours. Kate is co-author, with Donald Johanson, of Lucy's Legacy: The Quest for Human Origins. She holds a bachelor of science degree in biological anthropology and zoology from the University of Michigan. Follow Wong on X (formerly Twitter) @katewong

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