Hogyan elakad az ember a béka nyelvét tanulmányozva? A békák ragacsos, nyálkás világával kapcsolatos tanulmányunk mind humoros videóval kezdődött, amelyben egy valódi afrikai bikabéka hamis rovarokat lógott egy mobil játékban. Ez a béka egyértelműen játékszakértő volt; a nyelve sebessége és pontossága riválissá teheti a sms-tizenévesek hüvelykujját.
További YouTube kutatások csodálatos videókat produkáltak az egereket, tarantulákat és még más békákat evő békákból.
A sokoldalú béka nyelv ugyanolyan könnyedén megragadhatja a nedves, szőrös és csúszós felületeket. Sokkal jobb, mint a gyártott ragasztóinknál - még a háztartási szalagok sem tudnak szilárdan tapadni a nedves vagy poros felületekhez. A nyelvet még lenyűgözőbbé teszi a sebessége: Több mint 4000 béka- és varangyfaj gyorsabban zsákmányol, mint egy ember pisloghat.
Mi teszi a béka nyelvét olyan egyedülállóan ragadósvá? Csoportunk célja az volt, hogy megtudja.
A béka nyelvek korai modern tudományos figyelme 1849-ben fordult elő, amikor Augustus Waller biológus közzétette az első, dokumentált béka nyelvvizsgálatot az idegeken és a papillákon - a nyelv felszíni mikroszerkezeteiben. Waller lenyűgözte a béka nyelv lágy, ragacsos jellegét, és az úgynevezett „az élő béka nyelvének sajátos előnyeit… ennek a szervnek a rendkívüli rugalmassága és átláthatósága arra késztette, hogy bevegyem a mikroszkópba.”
Gyorsan előre haladva 165 évvel, amikor Kleinteich és Gorb biomechanikai kutatók voltak az elsők, akik meghatározták a nyelv erőit a szarvas béka, a Ceratophrys cranwelli területén . 2014-ben azt találták, hogy a békaadhéziós erők a testtömeg 1, 4-szerese lehet. Ez azt jelenti, hogy a ragadós béka nyelv elég erős ahhoz, hogy saját súlyának majdnem kétszeresét megemelje. Azt állították, hogy a nyelv úgy viselkedik, mint ragasztószalag vagy nyomásérzékeny ragasztó - egy tartósan tapadó felület, amely kis nyomás alatt tapad az aljzatokhoz.
Béka nyelv feltartja a Petri-csészét, csak ragadósága miatt. (Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND) A ragacsos béka nyelvekkel kapcsolatos saját tanulmányunk elkészítéséhez különféle békákat és varangyokat filmeztünk, amelyek rovarokat fogyasztanak nagysebességű videográfiával. Megállapítottuk, hogy a béka nyelve 0, 07 másodpercen belül képes rovarokat elfogni, ötször gyorsabban, mint az emberi szem pislog. Ezenkívül a rovarok gyorsulása a béka szája felé a fogás során eléri a gravitáció gyorsaságának 12-szeresét. Összehasonlításképpen: az űrhajósok általában egy rakéta indításakor a gravitáció gyorsaságának körülbelül háromszorosait tapasztalják meg.
Nagyon érdeklődve akartuk megérteni, hogy a ragadós nyelv milyen jól tartja a zsákmányt nagy gyorsulások mellett. Először néhány béka nyelvét kellett összegyűjtenünk. Itt, a Georgia Technél felfedeztünk egy egyetemi biológiai boncoló osztályt, aki rendszeresen használt északi leopárd békákat.
A terv a következő volt: Döfje be a nyelvszövet a lágyság meghatározására, és forgassa a béka nyálát két lemez között a viszkozitás meghatározása céljából. A lágyság és a viszkozitás általános mérőszám a szilárd és a folyékony anyagok összehasonlításakor. A lágyság a nyelv deformációját írja le, amikor nyújtó erőt alkalmaz, és a viszkozitás a nyál mozgásállóságát írja le.
A béka nyelvszövetének lágyságának meghatározása nem volt könnyű feladat. Saját behúzási eszközöket kellett létrehoznunk, mivel a nyelv lágysága meghaladta a campus hagyományos anyagvizsgáló berendezéseinek képességeit. Úgy döntöttünk, hogy egy behúzógépet használunk, amely biológiai anyagokat szúr be és mér egy erõt. Az erő-elmozdulás viszony ekkor leírhatja a lágyságot a bemélyedési fej alakja alapján, például henger vagy gömb.
Amikor a bemélyedési fej elhúzódik a nyelvtől, akkor hozzátapad és nyúlik. (Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND) A behúzógépek tipikus fejei azonban 500 dollárt vagy ennél többet fizethetnek. Nem akarva költeni a pénzt, vagy várni a szállításra, úgy döntöttünk, hogy rozsdamentes acél fülbevalókból készítjük saját gömb alakú és lapos fejű behúzásainkat. Kísérleteink után azt találtuk, hogy a béka nyelvei körülbelül olyan puhaak, mint az agyszövetek, és tízszer lágyabbak, mint az emberi nyelv. Igen, az agy és az emberi nyelv szövetét (post mortem) teszteltük a laboratóriumban összehasonlítás céljából.
A nyál tulajdonságainak tesztelése során egy problémát tapasztaltunk: A béka nyálát centrifugáló gépnek körülbelül egyötödére teáskanál folyadék szükséges a teszt elvégzéséhez. Kicsit hangzik, de nem a békaköpés összegyűjtésével összefüggésben. A kétéltűek abban különlegesek, hogy a nyáluk a nyelvükön található mirigyekön keresztül választanak ki. Tehát egy éjszaka néhány órát töltöttünk 15 elhullott béka nyelvének lekaparásával, hogy a vizsgálati berendezéshez elég nagy nyálmintát kapjunk.
Hogyan lehet nyálból levél béka nyelvéről? Könnyen. Először húzza ki a nyelvet a szájból. Másodszor, dörzsölje a nyelvet egy műanyag lemezen, amíg (apró) nyálgömb képződik. A gömbök a béka nyálában lévõ hosszú láncú nyálkafehérjék miatt alakulnak ki, hasonlóan az emberi nyálhoz; ezek a fehérjék úgy összekeverednek, mint a tészta, amikor örvénylik. Ezután csipesszel gyorsan megragadja a földgömböt, és légmentesen záró tartályba helyezze, hogy csökkentse a párolgást.
A tesztelés után meglepve találtuk meg, hogy a nyál kétfázisú viszkoelasztikus folyadék. A két fázis attól függ, hogy a nyál milyen gyorsan nyíródik-e, amikor párhuzamos lemezek között pihennek. Alacsony nyírási sebességnél a nyál nagyon vastag és viszkózus; magas nyírási sebességnél a béka nyál vékony és folyékony lesz. Ez hasonló a festékhez, amelyet egy ecsettel könnyen el lehet szórni, ugyanakkor szilárdan tapad a falon. Ez a két fázis biztosítja a nyál visszafordíthatóságát a zsákmány elfogásában, a rovarok megtapadása és engedése céljából.
Hogyan segítik a lágy szövetek és a kétfázisú nyál a béka nyelvét a rovarokhoz tapadáskor? Sétáljunk át egy zsákmányfogás forgatókönyvén, amely a béka nyelvének a szájból kicsinyülésével és rovarrá csapódásával kezdődik.
Ebben az ütközési szakaszban a nyelv deformálódik és körbekerül a rovar körül, növelve az érintkezési felületet. A nyál folyékonyá válik, és áthatol a rovarok repedésein. Amint a béka visszahúzza a nyelvét a szájába, a szövet úgy húzódik meg, mint egy rugó, csökkentve az erõket a rovarra (hasonlóan ahhoz, ahogyan a benji zsinór csökkenti a boka erõit). A nyál visszatér vastag, viszkózus állapotába, fenntartva a rovar nagy tapadását. Miután a rovar belépett a szájba, a szemgolyók lenyomják a rovart a torokon, aminek következtében a nyál ismét vékony és folyékony lesz.
Lehetséges, hogy a béka nyelvek tapadási titkainak kibontása jövőbeni alkalmazásokkal járhat, például a szállítószalagok nagysebességű tapadó mechanizmusai vagy a puha robotika gyors megragadási mechanizmusai számára.
A legfontosabb, hogy ez a munka értékes betekintést nyújt a kétéltűek biológiájába és működésébe - ezek 40% -a katasztrófás hanyatlásban van, vagy már kihalt. Együttműködés a kétéltűek Alapítványával, megőrizve a béka élő és tartósított fajait. Kutatásaink eredményei jobban megértik ezt a veszélyeztetett csoportot. A béka- és varangyfajok egyedi funkcióiról összegyűjtött ismeretek alapot nyújthatnak a megőrzési döntésekhez a populációk kezelésére a dinamikus és hanyatló ökoszisztémákban.
Noha nem könnyű zöld lenni, a béka megnyugtathat abban, hogy a nyelve egy csodálatos ragasztó.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta. Olvassa el az eredeti cikket.
Alexis Noel biomechanika doktori hallgató a Georgia Institute of Technology-n
David Hu egy gépészmérnöki és biológiai egyetemi docens, valamint a georgiai technológiai intézet fizikai adjunktusának egyetemi docens
