Чудесный клей геккона?

Механизм «прилипания» геккона - как он работает?

Джонатан Сарфати

Гекконы – маленькие тропические ящерицы, за которыми интересно наблюдать. Гекконы могут с легкостью бегать по стенам и потолку. (Смотрите также: Дизайн лапки геккона: сможет ли он привести к “спайдермену”?, Геккон: ящерица, способная бегать по потолку). Но почему лапки гекконов липкие? Уже опровергнуто несколько достаточно правдоподобных версий.

  • Присасывание? Присоски работают благодаря тому, что давление воздуха на одной стороне не уравновешивается, если на другой стороне есть вакуум. Из-за того, что нормальное давление воздуха составляет 100 кПа (килопаскалей), или 14 фунтов на квадратный дюйм, присасывание может быть очень эффективным. Но лапки геккона могут прилипать к поверхности в вакууме, где нет давления воздуха, поэтому присасывание не может быть причиной.
  • Электростатическое притяжение? Это притяжение между электрически заряженными объектами, которое, например, возникает между пластмассовой расческой, потертой тканью и маленькими кусочками бумаги. Но когда, например, ученые подвергли окружающий воздух действию рентгена, что привело к появлению заряженных молекул (ионов), в результате чего любой заряд исчезал, лапки геккона все равно прилипали.
  • Обычный клей? На коже гекконов нет желез для его выработки.
  • Трение? Кератин - белок, который вырабатывается в коже, слишком "скользкий".
  • Сцепление между шершавыми поверхностями? Гекконы могут прилипать даже к полированному стеклу.

Наилучшим объяснением является то, что лапки геккона могут использовать слабые связями ближнего действия между молекулами1. То есть, они прилипают посредством силы Ван дер Ваальса.2 Но для того, чтобы такие незначительные силы сработали, необходима огромная площадь близкого контакта между лапкой геккона и поверхностью, так что незначительная сила может в итоге суммироваться в существенную.

Используя электронный микроскоп, ученые обнаружили, что на лапках геккона находятся очень тонкие волоски (щетинки), длиной около одной десятой миллиметра, на 1 квадратном миллиметре расположено около 5000 щетинок (три миллиона на квадратном дюйме). В свою очередь, на конце каждого волоска геккона находится около 400-1000 ответвлений длиной 0,2 – 0,5 µm (микрон – менее одной пятидесятитысячной дюйма), которые заканчиваются образованиями, похожими на лопаточки. Эти лопаточки геккона могут обеспечить необходимую контактную поверхность.

При помощи специальных инструментов3, команда биологов и инженеров из нескольких американских университетов изучала щетинки конечности Токайского геккона (Gekko gecko). Поверхность ступни геккона в 100 мм2способна выработать силу сцепления в 10 Ньютонов (этого достаточно, чтобы удержать два фунта веса). Но оказалось, что отдельная щетинка имеет силу притяжения в 10 раз больше, чем ожидалось. В действительности, один волосок геккона достаточно крепкий для того, чтобы удержать муравья, а миллион волосков может удержать маленького ребенка – около 10 Н/см.2, где 10 Ньютонов соответствуют весу в 1 кг. Поэтому геккон обладает огромной силой притяжения. А это значит, что геккон может держаться на неровных и нестандартных поверхностях в природной среде обитания.

В действительности, сила притяжения будет намного больше, если щетинки слегка прижать к поверхности, а затем протянуть. Сила также изменяется в зависимости от угла, под которым волосинка прижата к поверхности, щетинка может открепляться под углом более 30°. Эти улучшенные возможности используются «нестандартной формой поведения» геккона, когда во время прикрепления пальцы вытягиваются, а при откреплении отходят. Это означает, что геккон может не только хорошо прикрепляться при каждом шаге, но и избегать прилипания без существенных затрат энергии.

Другое интересное свойство – это то, что лапки геккона самоочищаются, в отличие от клейкой ленты, на которую быстро налипает грязь и приводит ее в полную негодность. Исследователи до сих пор пытаются понять, как геккону это удается.

Один эволюционист сказал о гекконе: «Чудесно наблюдать за тем, как эволюция разрешила механические проблемы» 4. Но он не сказал, как эволюция посредством случайных мутаций и естественного отбора могла привести к появлению такой сложной структуры конечности и принципа передвижения геккона, необходимого для того, чтобы пользоваться этой структурой. Например, не было объяснений, каким образом наполовину сформированные щетинки и лопаточки , несовершенный механизм движения приносили бы геккону пользу и были бы отобраны. Это больше напоминает слепую веру людей, которые исключили Дизайнера.

Разумно ли это? Ученые утверждали, что создание такой структуры выходит "за грани человеческих технологий"1, особенно относительно материала, который может быть так искусно разделен тысячу раз. Если объяснение самой структуры лапки геккона выходит "за грани человеческих технологий", то разумно верить, что она была создана Кем-то, чья мудрость гораздо больше нашей.

Они также указали, что "природная технология волосков на лапках геккона может вдохновить ученых на будущую разработку необычайно эффективного способа сцепления"1. В действительности, создание двух роботов, которые обладали "липкими" ногами и могли ходить так, как это делают гекконы, сделало их "чемпионами восхождения"5. Доктор Отем также сообщил: «Гекконы могут делать то, что мы пока не способны повторить при помощи современных роботов и технологии сцепления» 6.

Мы не можем воссоздать сложную структуру конечности геккона, но люди все время узнают о ней что-то новое. Это говорит о Главном Создателе этой конечности, который запрограммировал ее сложную структуру, а также схему движения в ДНК геккона. «Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы, так что они безответны» (Римлянам 1:20)

Обновление 5 сентября 2002 г.: Доктор Отем дополнил свою предыдущую работу подтверждением, что силы Ван дер Ваальса выступают в противовес другим типам притяжения7. То есть, он хотел исключить другие типы притяжения, такие как капиллярное притяжение воды к поверхности или сильная полярная поверхность. Он наблюдал за гекконом на гидрофобной (гидрофобирующей) и гидрофильной (влаголюбивой) поверхностях и обнаружил, что в каждом случае сила сцепления была большой. Единственный тип притяжения, общий для обеих этих поверхностей – это силы Ван дер Ваальса. Также в течение 30 лет было известно, что гекконы не могут прилипать к тефлону (политетрафторэтену), это подтверждает теорию Доктора Отема, потому что тефлон имеет очень слабые силы Ван дер Ваальса8.

Обновление 20 мая 2003 г.: Метину Сити, инженеру из университета Карнеги Меллон в Питтсбурге, Пенсильвания, США, удалось в какой-то мере скопировать структуру поверхности конечности геккона. Он использовал очень точный наноробот и электронный микроскоп, чтобы создать маленький восковой образец для жидкого полимера, который можно использовать для изготовления искусственных щетинок. Эти искусственные волоски еще не достаточно сильны, чтобы выдержать вес человека, но исследователи постоянно улучшают их технологию. В очередной раз мудрость, заложенная в создании искусственного волоска, показывает прекрасный пример мудрости Того, кто создал природный дизайн геккона.

Обновление 11 июня 2003 г.: Произведена самоочищающаяся клейкая лента, созданная по образцу конечности геккона. Андре Гейм из Манчестерского университета возглавил команду специалистов Центра Мезонауки и Нанотехнологии Манчестерского университета, Великобритания, и Института Микроэлектронной Технологии в России, которые приготовили волокна длиной 2 микрона с диаметром 500 нанометров и периодичностью 1,6 микрон на полиимидной пленке толщиной 5 микрон 10. Они использовали передовые методы нанотехнологии электронно-лучевой литографии и сухого травления в кислородной плазме. Их пленка с контактной поверхностью всего лишь 0,5 квадратных сантиметров со стеклом могла выдержать груз более 100 г. Однако пленка не достаточно стойкая, чтобы прикреплять ее более нескольких раз, в отличие от живого геккона. Исследователи предложили материал, который мог бы использоваться дольше,и это может быть то, из чего сделан оригинал – из кератина. В очередной раз, несмотря на всю свою изобретательность, ученые не могут воссоздать оригинальный дизайн геккона, который, по мнению эволюционистов, был образован благодаря времени, случайности и отбору.

Ссылки и примечания

  1. Отем К. и др. Сила сцепления одного волоска ноги геккона, Nature 405 (6787): 681-685, 8 июня, 2000; в перспективе Джи Х., Гриппинг там же, с. 631. Вернуться к тексту.
  2. Силы Ван дер Ваальса – это притяжение между постоянными и временными диполями в атомах или молекулах, они являются причиной того, что даже такие газы, как гелий становятся жидкими при низких температурах. Они намного слабее связей, которые удерживают атомы в молекуле,и на расстоянии энергия притяжения существенно уменьшается – обратно пропорциональны в 6-й степени Вернуться к тексту.
  3. "Микрообработанный двуосевой пьезорезистивный консоль" Прим.1 Вернуться к тексту.
  4. Брюс Джейн, функциональный морфолог, цитата из: Пенниси И. Гекконы ползают при помощи волосков на ногах, Science 288 (5472): 1717-1718, 9 июня, 200. Вернуться к тексту.
  5. Сондерс Ф. Робо-гекко, Discover 21 (9): 93, Сентябрь, 2000.Вернуться к тексту.
  6. Отем К. цитата из San Francisco Chronicle, 19 июня, 2000, с. А4 Вернуться к тексту.
  7. Отем К. и др. Свидетельства сил Ван дер Ваальса в прикреплении щетинок геккона, Proceedings of the National Academy of Sciences 10.1073/pnas.192252799, 27 August 2002 Вернуться к тексту.
  8. Тефлоновая поверхность имеет очень слабые силы Ван дер Ваальса из-за того, что атомы фтора, связанные с углеродной цепью, сильно притягивают граничные электроны. Это означает, что их очень тяжело поляризировать или создать диполи, необходимые для действия сил Ван дер Ваальса (Прим.2). Вот почему тефлон такой скользкий и химически неактивный.Вернуться к тексту.
  9. Гехем-Роув Д. Представьте себе прогулку на потолке, New Scientist 178 (2395): 15, 17 Мая 2003.
  10. Гейм А и др. Микротехнологическое подражание волоскам геккона, Nature Ma-terials 2: 461-463, 1 июня 2003 Вернуться к тексту.

Источник-www.creationontheweb.com





опубликовано материалов

Популярные статьи:

что такое гравитация? Кто создал Бога? Динозавры жили с людьми Тука и его удивительный клюв Уникальная планета Земля




Поддержите наш проект, разместив нашу ссылку на сайте своей организации, в своем блоге или на страничке социальных сетей.
"Разумный Замысел"
http://www.origins.org.ua
банер Разумный Замысел


Система Orphus
нижняя полоса сайта