Πώς κολλάει κάποιος να μελετάει τις γλώσσες του βατράχου; Η μελέτη μας σχετικά με τον κολλώδη, γλοιώδη κόσμο των βατράχων ξεκίνησε με ένα χιουμοριστικό βίντεο ενός πραγματικού αφρικανικού bullfrog που σπρώχνεται σε πλαστά έντομα σε ένα κινητό παιχνίδι. Αυτός ο βάτραχος ήταν σαφώς ειδικός στο παιχνίδι. η ταχύτητα και η ακρίβεια της γλώσσας του θα μπορούσε να συγκρουστεί με τους αντίχειρες των εφήβων γραπτών μηνυμάτων.
Άλλες έρευνες στο YouTube έφεραν εκπληκτικά βίντεο από βατράχια που τρώνε ποντίκια, tarantulas και ακόμη και άλλους βατράχους.
Η ευέλικτη γλώσσα βάτραχος μπορεί να αρπάξει υγρές, τριχωτές και ολισθηρές επιφάνειες με την ίδια ευκολία. Κάνει πολύ καλύτερα από τα μηχανικά συγκολλητικά - ούτε καν οι οικιακές ταινίες μπορούν να κολλήσουν σταθερά σε υγρές ή σκονισμένες επιφάνειες. Αυτό που καθιστά ακόμα πιο εντυπωσιακή τη γλώσσα είναι η ταχύτητά του: Πάνω από 4.000 είδη βάτραχος και φρύνος αρπακούν θήραμα γρηγορότερα από ότι ένας άνθρωπος μπορεί να αναβοσβήσει.
Τι κάνει τη γλώσσα του βατράχου τόσο μοναδικά κολλώδη; Η ομάδα μας στόχευε να μάθει.
Η πρώιμη σύγχρονη επιστημονική προσοχή στις γλώσσες των βατράχων ήρθε το 1849, όταν ο βιολόγος Augustus Waller δημοσίευσε την πρώτη τεκμηριωμένη μελέτη βατραχοπόδαρου στα νεύρα και τις παπλίες - τις μικροδομές της επιφάνειας που βρέθηκαν στη γλώσσα. Ο Waller ήταν συναρπασμένος με την απαλή, κολλώδη φύση της γλώσσας του βατράχου και αυτό που αποκαλούσε «τα περίεργα πλεονεκτήματα που είχε η γλώσσα του ζωντανού βάτραχου ... η ακραία ελαστικότητα και η διαφάνεια αυτού του οργάνου με ώθησαν να το υποβάλω στο μικροσκόπιο».
Γρήγορα προς τα εμπρός 165 χρόνια, όταν οι ερευνητές της βιομηχανικής Kleinteich και Gorb ήταν οι πρώτοι που μέτρησαν τις γλωσσικές δυνάμεις στον κερατοειδή βάτραχο Ceratophrys cranwelli . Βρήκαν το 2014 ότι οι δυνάμεις πρόσφυσης βάτραχος μπορούν να φτάσουν μέχρι και 1, 4 φορές το σωματικό βάρος. Αυτό σημαίνει ότι η κολλώδης γλώσσα βατράχου είναι αρκετά δυνατή ώστε να ανυψώσει σχεδόν το διπλάσιο του βάρους της. Θεώρησαν ότι η γλώσσα λειτουργεί σαν κολλητική ταινία ή μια ευαίσθητη στην πίεση κόλλα - μια μόνιμα κολλώδης επιφάνεια που προσκολλάται σε υποστρώματα υπό ελαφριά πίεση.
Της γλώσσας βατράχων κρατώντας ένα τρυβλίο Petri μόνο με την κόλλα του. (Alexis Noel / Γεωργία Tech, CC BY-ND) Για να ξεκινήσουμε τη δική μας μελέτη σχετικά με τις κολλώδεις γλώσσες βατράχων, γυρίσαμε διάφορα βατράχια και βατράχους τρώγοντας έντομα με τη χρήση της υψηλής ταχύτητας βιντεογραφίας. Βρήκαμε ότι η γλώσσα του βατράχου είναι σε θέση να συλλάβει ένα έντομο σε λιγότερο από 0, 07 δευτερόλεπτα, πέντε φορές ταχύτερα απ 'ότι ένα ανθρώπινο μάτι αναβοσβήνει. Επιπλέον, η επιτάχυνση των εντόμων προς το στόμα του βάτραχου κατά τη διάρκεια της σύλληψης μπορεί να φτάσει 12 φορές την επιτάχυνση της βαρύτητας. Για λόγους σύγκρισης, οι αστροναύτες συνήθως βιώνουν περίπου τριπλάσια επιτάχυνση της βαρύτητας κατά τη διάρκεια εκτόξευσης πυραύλων.
Πολύ ενδιαφέρον, θέλαμε να καταλάβουμε πώς η κολλώδης γλώσσα συγκρατεί τόσο καλά τη λεία σε υψηλές επιταχύνσεις. Πρώτα έπρεπε να μαζέψουμε μερικές γλώσσες βατράχων. Εδώ στη Γεωργία Tech, εντοπίσαμε μια τάξη ανατομίας στην πανεπιστημιούπολη, η οποία χρησιμοποίησε τακτικά βόρεια λεοπάρδαλα βατράχια.
Το σχέδιο ήταν το εξής: Κατεβάστε τον ιστό της γλώσσας για να προσδιορίσετε την απαλότητα και γυρίστε το σάλιο βατράχων ανάμεσα σε δύο πλάκες για να καθορίσετε το ιξώδες. Η απαλότητα και το ιξώδες είναι κοινές μετρήσεις για τη σύγκριση στερεών και ρευστών υλικών, αντίστοιχα. Η απαλότητα περιγράφει τη παραμόρφωση της γλώσσας όταν εφαρμόζεται δύναμη τεντώματος και το ιξώδες περιγράφει την αντίσταση της σίλειας στην κίνηση.
Ο προσδιορισμός της απαλότητας του ιστού της γλώσσας του βατράχου δεν ήταν εύκολο έργο. Έπρεπε να δημιουργήσουμε τα δικά μας εργαλεία εσοχής, καθώς η απαλότητα της γλώσσας ήταν πέρα από τις δυνατότητες του παραδοσιακού εξοπλισμού δοκιμών υλικών στην πανεπιστημιούπολη. Αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε μια μηχανή εσοχής, η οποία σπρώχνει βιολογικά υλικά και μέτρα δυνάμεις. Η σχέση μετατόπισης δύναμης μπορεί στη συνέχεια να περιγράφει απαλότητα βάσει του σχήματος κεφαλής εσοχής, όπως κυλίνδρου ή σφαίρας.
Όταν η κεφαλή απόρριψης απομακρύνεται από τη γλώσσα, προσκολλάται και τεντώνεται. (Alexis Noel / Γεωργία Tech, CC BY-ND) Ωστόσο, οι τυπικές κεφαλές για μηχανές εσοχής μπορεί να κοστίζουν $ 500 ή περισσότερα. Χωρίς να θέλουν να ξοδέψουν τα χρήματα ή να περιμένουν για ναυτιλία, αποφασίσαμε να φτιάξουμε τα δικά μας σφαιρικά και επίπεδη κεφάλια από σκουλαρίκια από ανοξείδωτο ατσάλι. Μετά τις δοκιμές μας, βρήκαμε ότι οι γλώσσες των βατράχων είναι τόσο μαλακές όσο ο εγκεφαλικός ιστός και 10 φορές μαλακότερες από την ανθρώπινη γλώσσα. Ναι, εξετάσαμε τον ιστό του εγκεφάλου και της ανθρώπινης γλώσσας (μετά θάνατον) στο εργαστήριο για σύγκριση.
Για να ελέγξουμε τις ιδιότητες του σάλιου, αντιμετωπίσαμε ένα πρόβλημα: Η μηχανή που θα περιστρέφει το σάλιο βατράχων απαιτεί περίπου το ένα πέμπτο ενός κουταλακιού υγρού να τρέξει τη δοκιμή. Ακούγεται μικρό, αλλά όχι στο πλαίσιο της συλλογής σούβλας βάτραχος. Τα αμφίβια είναι μοναδικά στο ότι εκκρίνουν σάλιο μέσω αδένων που βρίσκονται στη γλώσσα τους. Έτσι, μια νύχτα περάσαμε λίγες ώρες ξύνοντας 15 νεκρές γλώσσες βατράχων για να πάρουμε ένα δείγμα σάλιου αρκετά μεγάλο για τον εξοπλισμό δοκιμών.
Πώς παίρνετε το σάλιο από μια γλώσσα βάτραχος; Εύκολος. Κατ 'αρχάς, τραβάτε τη γλώσσα έξω από το στόμα. Δεύτερον, τρίβετε τη γλώσσα σε ένα πλαστικό φύλλο μέχρι να σχηματιστεί μια (μικροσκοπική) σάλιο. Τα σφαιρίδια σχηματίζονται λόγω των μακράς αλύσου πρωτεϊνών βλέννας που υπάρχουν στο σάλιο βατράχων, όπως και το ανθρώπινο σάλιο. αυτές οι πρωτεΐνες μπερδεύονται σαν ζυμαρικά όταν στροβιλίζονται. Στη συνέχεια, αρπάξτε γρήγορα το σφαιρίδιο χρησιμοποιώντας λαβίδες και τοποθετήστε το σε ένα αεροστεγές δοχείο για να μειώσετε την εξάτμιση.
Μετά τη δοκιμή, εκπλήσσομαι να διαπιστώσουμε ότι το σάλιο είναι ένα δισθενές ιξωδοελαστικό υγρό. Οι δύο φάσεις εξαρτώνται από το πόσο γρήγορα κόβεται το σάλιο, όταν ακουμπάτε ανάμεσα σε παράλληλες πλάκες. Σε χαμηλές ταχύτητες διάτμησης, το σάλιο είναι πολύ παχύ και ιξώδες. σε υψηλές ταχύτητες διάτμησης, ο σάλιο βάτραχος γίνεται λεπτός και υγρός. Αυτό είναι παρόμοιο με το χρώμα, το οποίο απλώνεται εύκολα με μια βούρτσα, αλλά παραμένει σταθερά προσκολλημένο στον τοίχο. Αυτές οι δύο φάσεις που δίνουν στο σάλιο την αναστρεψιμότητά του στη σύλληψη των θηραμάτων, για την προσκόλληση και την απελευθέρωση ενός εντόμου.
Πώς ο μαλακός ιστός και ο σίελος δύο φάσεων βοηθούν τη γλώσσα του βατράχου να κολλήσει σε ένα έντομο; Ας περπατήσουμε μέσα από ένα σενάριο σύλληψης θηραμάτων, το οποίο ξεκινάει με μια γλώσσα βατράχων που σμικρύνει από το στόμα και χτυπάει σε ένα έντομο.
Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης κρούσης, η γλώσσα παραμορφώνεται και αναδιπλώνεται γύρω από το έντομο, αυξάνοντας την επιφάνεια επαφής. Το σάλιο γίνεται υγρό, διεισδύοντας στις ρωγμές των εντόμων. Καθώς ο βάτραχος τραβάει τη γλώσσα πίσω στο στόμα, ο ιστός απλώνεται σαν ελατήριο, μειώνοντας τις δυνάμεις του εντόμου (παρόμοια με το πώς ένα καλώδιο bungee μειώνει τις δυνάμεις στον αστράγαλο σας). Το σάλιο επιστρέφει στην πυκνή, ιξώδη κατάσταση του, διατηρώντας υψηλή πρόσφυση στο έντομο. Μόλις το έντομο είναι μέσα στο στόμα, τα μάτια σπρώχνουν το έντομο κάτω από το λαιμό, προκαλώντας το σάλιο να γίνει και πάλι λεπτό και υγρό.
Είναι πιθανό ότι το ξεμπλοκάρισμα των μυστικών πρόσφυσης των γλωσσών βατράχων θα μπορούσε να έχει μελλοντικές εφαρμογές για πράγματα όπως μηχανισμοί συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας για μεταφορικούς ιμάντες ή μηχανισμούς γρήγορης σύλληψης σε μαλακή ρομποτική.
Το σημαντικότερο είναι ότι η εργασία αυτή παρέχει πολύτιμη εικόνα της βιολογίας και της λειτουργίας των αμφιβίων - το 40% των οποίων είναι καταστροφική ή ήδη εξαφανιστεί. Εργασία με την οργάνωση διατήρησης Το Ίδρυμα Αμφίβιας, είχαμε πρόσβαση σε ζωντανά και διατηρημένα είδη βάτραχος. Τα αποτελέσματα της έρευνάς μας μας παρέχουν μια μεγαλύτερη κατανόηση αυτής της απειλούμενης ομάδας. Η γνώση που συγκεντρώθηκε για τις μοναδικές λειτουργίες των ειδών βατράχων και φρυδιών μπορεί να ενημερώσει τις αποφάσεις διατήρησης για τη διαχείριση των πληθυσμών σε δυναμικά και φθίνουσα οικοσυστήματα.
Αν και δεν είναι εύκολο να είναι πράσινο, ένας βάτραχος μπορεί να βρει άνεση στο γεγονός ότι η γλώσσα του είναι μια καταπληκτική κόλλα.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Ο Alexis Noel είναι διδακτορικός φοιτητής στον τομέα της βιομηχανικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας
Ο David Hu είναι Αναπληρωτής Καθηγητής Μηχανολόγων Μηχανικών και Βιολογίας και Αναπληρωτής Καθηγητής Φυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας
