@ 2019.01.11 , 16:00

动物仿生学:青蛙舌头上的粘合剂秘方

仿生学如今已经成为设计界的一个常见词汇,令人很容易忘记它原本是一个多么意义深远的理念:与其从头开始为一个问题设计出解决方案,不如研究数百万年的进化如何解决类似的问题。比如类似于植物叶子一般驱水的油漆,以及模仿鲨鱼皮以达到流体力学极致的泳衣。

动物仿生学:青蛙舌头上的粘合剂秘方

因此,当科学家们寻求制造更好粘合剂的方法时,它们开始在一个理想之地寻找线索:青蛙的舌头。虽然我们知道青蛙可用舌头捕捉比它们更小更轻的猎物(比如苍蝇或蟋蟀),但是一些青蛙却能成功捕获更大的猎物。为了做到这一点,它们会用一股力量去捕获超过自身体重的食物。

青蛙相当轻盈,这使得它们游泳和弹跳都更为容易。因此,在保持轻盈的同时仍然能够捕获更大的猎物,乃是蛙类的一个巨大优势。根据俄勒冈州立大学所发布的新闻稿,关键是什么帮助青蛙的舌头捕捉并粘住猎物:这得归功于一种特殊的粘液,该粘液起到了「压敏粘合剂」的作用。俄勒冈州立大学生物工程助理教授Joe Baio博士表示:「这种粘液能够产生很大的粘合力,以应对高收缩应变」。

近日,Baio与来自丹麦奥尔胡斯大学、德国基尔大学以及美国国家标准与技术研究所的研究人员合作进行了一项研究,以确定青蛙伸出舌头之后上面粘液的化学结构会如何变化。尽管以前有过很多关于青蛙舌头如何快速而有效地工作的研究,但从未有人研究过其粘液的化学结构变化。

为了深入了解其舌头粘液的化学结构,基尔大学的研究人员简单地将三只成年角蛙放在一起,并将蟋蟀放在一块玻璃板后面。当青蛙攻击蟋蟀时,中间挡住的玻璃便能获取其舌头上的新鲜粘液。

青蛙舌头上的粘液与我们鼻塞时产生的粘液有所不同:青蛙粘蛋白所形成的链具有盘绕结构。当科学家仔细观察时,他们可以看到这些蛋白质链围绕一根轴线扭转在了一起,这是一种被称为原纤维的结构,也是青蛙舌头粘性的关键。

神奇之处在于:原纤维会在青蛙舌头缩回时形成。这是一个非常快速的化学过程,意味着其舌头上的粘合剂基本上只在有需要时才会被激活。 Baio表示:「正是这些原纤维充当了舌头上的分子缓冲器,从而使得粘液产生了应变响应粘合力」。

因此,制造出一种与该粘液具有相同特性的粘合剂(只有在受到一定程度的力时才会变得特别粘稠),似乎可以帮助我们摆脱一些棘手的困境。

本文译自 Mnn,由译者 HTT110 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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