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Die neue Supermacht von Geckos läuft auf Wasser. Jetzt wissen wir, wie sie das machen

Die neue Supermacht von Geckos läuft auf Wasser. Jetzt wissen wir, wie sie das machen

Die neue Supermacht von Geckos läuft auf Wasser. Jetzt wissen wir, wie sie das machen

Getty

Geckos sind dafür bekannt, erfahrene Kletterer zu sein, die dank der Milliarden winziger haarähnlicher Strukturen an ihren Fußsohlen an jeder Oberfläche haften können. Nun stellt sich heraus, dass die kleinen Eidechsen auch mit hoher Geschwindigkeit an der Wasseroberfläche entlanglaufen können, um Raubtieren zu entgehen. Sie können es nicht sehr lange machen; Der Energieaufwand ist zu groß. Aber es ist erstaunlich, dass sie es überhaupt schaffen. Wissenschaftler glauben, dass sie die Mechanismen hinter dem Kunststück genau bestimmt haben Zellen-Biologie.

Das Projekt begann, als Co-Autor Ardian Jusufi, damals Postdoc im Labor der University of California, Berkeley-Biophysiker Robert Full, während der Monsunzeit in Singapur in Urlaub war. Eines Tages, nach einem großen Regensturm, fing er einen Gecko, der über das Wasser flitzte, um einem Raubtier auf Video zu entkommen. Das Material verblüffte jeden im Labor, als er es ihnen zeigte. "Es war unglaublich seltsam und unerwartet, deshalb mussten wir das natürlich testen", sagt Mitautorin Jasmine Nirody, eine weitere ehemalige Studentin, die sich jetzt zwischen der Rockefeller University und der University of Oxford aufhält.

In der Natur gibt es mehrere Kreaturen, die auf Wasser laufen können, aber je nach Größe unterschiedliche Mechanismen verwenden. Kleine, leichte Wasserläufer sind beispielsweise völlig auf die Oberflächenspannung angewiesen, um über Wasser zu bleiben, während die größeren, schwereren Basilisk-Eidechsen mit ihren Füßen eine Schlagbewegung ausführen, die Taschen von Luftblasen erzeugt, damit sie nicht untergehen. Die theoretischen Standardberechnungen legen sehr enge Grenzen dafür fest, wie klein ein Tier sein muss, um die Oberflächenspannung zu verwenden und wie groß es sein muss, bevor der Oberflächenschlagmechanismus funktionieren kann.

Der einzigartige Gang des Geckos auf dem Wasser, wie von der Kamera erfasst. "Src =" https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2018/12/gecko1-640x423.jpg "width =" 640 "height = "423" srcset = "https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2018/12/gecko1.jpg 2x
Vergrößern / Der einzigartige Gang des Geckos auf dem Wasser, wie er mit der Kamera aufgenommen wurde.

Pauline Jennings

Geckos fallen irgendwo dazwischen. Sie sind zu groß, um sich nur auf die Oberflächenspannung zu verlassen, und zu klein, um eine ausreichende Kraft zu erzeugen, um entlang der Wasseroberfläche zu laufen, ohne zu sinken. Und dennoch können sie das Kunststück immer noch blitzschnell ausführen – fast einen Meter pro Sekunde. Deshalb entschied sich Fulls Team für weitere Untersuchungen.

Sie verwendeten Laserschneider, um Ein- und Ausstiegslöcher in einer großen Plastikbox zu schaffen, um einen Wassertank herzustellen, und bauten dann zwei hölzerne Rampen, damit ihre Gruppe asiatischer Hausgeckos (Hemidactylus platyurus) könnte leicht in das Wasser ein- und austreten. Ein Paar Hochgeschwindigkeitskameras wurde oben und seitlich im rechten Winkel angeordnet, um die Bewegung einzufangen. Die Geckos würden auf der Einfahrtsrampe platziert und die Teammitglieder würden leicht ihre Schwänze berühren, um sie zum Schwimmen zu bewegen.

Geckos haben eine Reihe komplizierter Mechanismen entwickelt, um auf Wasser zu laufen.

Es hat sich herausgestellt, dass Geckos eine Reihe komplizierter Mechanismen entwickelt haben, um auf Wasser zu laufen. Beim Überqueren von Wasser gibt es zwei Ziele: den Körper über der Oberfläche zu halten und den Vortrieb vorwärts zu halten. Zum einen kombiniert der Gecko Oberflächenschlag und Oberflächenspannung, unterstützt durch seine einzigartige hydrophobe Haut, die Wasser abweist, so Nirody. Ein Wassertropfen sitzt einfach auf der Haut eines Geckos.

Wenn sie ihren Körper über das Wasser heben, verringert sich der Luftwiderstand, so dass sich Geckos leichter vorwärts bewegen können, als wenn sie vollständig eingetaucht wären. Sie bewegen sich auch mit ihren Körpern und Schwänzen, ähnlich wie beim Schwimmen. "Wenn man sie von oben betrachtet, sieht es fast so aus, als würden sie einfach sehr schnell schwimmen", sagt Nirody. "Und dann siehst du sie von der Seite an und merkst, dass ihr Oberkörper und ihre Beine vollständig aus dem Wasser sind, obwohl sie immer noch die Schwimmbewegung ausführen, die sie vorwärts treibt."

Um zu überprüfen, ob die Oberflächenspannung tatsächlich eine Rolle bei der Fähigkeit des Geckos zur Oberflächenabschäumung spielte, fügten die Forscher dem Wasser ein Tensid (Spülmittel) hinzu. Die Oberflächenspannung tritt auf, weil Wassermoleküle dazu neigen, aneinander zu haften (molekulare Adhäsion), wodurch eine Art Trägerfilm gebildet wird, der sehr leichte Lebewesen auf dem Wasser hält. Beim Hinzufügen von Seife verlieren die Moleküle diese Klebrigkeit. Setzen Sie einen Wasserläufer in Seifenwasser und er sinkt, da er vollständig auf die Oberflächenspannung angewiesen ist. Eine Basilisk-Eidechse ist jedoch nicht betroffen, da sie sich ausschließlich auf das Schlagen der Oberfläche stützt.

Wieder fallen die Geckos irgendwo dazwischen. Sie sanken nicht, aber Nirody et al. festgestellt, dass die Zugabe von Seife zum Wasser die Geschwindigkeit der Geckos um die Hälfte reduzierte, höchstwahrscheinlich, weil ihre Körper aufgrund der geringeren Oberflächenspannung viel niedriger im Wasser waren. "Wir wussten, dass sie ihr gesamtes Körpergewicht nicht alleine durch die theoretischen Berechnungen halten konnten", sagte Nirody. Dieser Test hat es bewiesen.

Die Geckos zeigten einige interessante Reaktionen auf das Seifenwasser. Etwa die Hälfte würde ihre Anstrengungen verdoppeln, um so schnell wie möglich zu schwimmen, obwohl ihre Geschwindigkeit stark eingeschränkt war. Die andere Hälfte gab nach den ersten paar Schlägen einfach auf und plumpste auf den Boden. Geckos können mehrere Minuten den Atem anhalten, sodass sie nicht in unmittelbarer Gefahr waren, obwohl die Teammitglieder sie nach etwa 30 Sekunden gerettet hatten. "Wir stellten die Hypothese auf, dass, wenn sie nicht rechtzeitig abschießen können, anstatt sich langsam von einem Raubtier abzuhauen, es am besten ist, dass sie sich einfach unter Wasser verstecken und den Atem anhalten", sagt Nirody.

Ein Ziel dieser Forschung ist es, das Design von Robotern mit biologischer Inspiration zu verbessern. Die Autoren weisen darauf hin, dass die Modellierung eines Roboters auf der Eidechse des Basilikums funktionieren würde, aber es würde viel Energie und eine Art aktiver Stabilisierung erfordern, damit er wirklich funktionsfähig ist. Ein wellenförmiger Schwanz, der dem Geckos ähnelt, könnte bei letzterem helfen und den Vortrieb verstärken, während der Roboter mit einem hydrophoben Material beschichtet wird, das der Hautstruktur des Geckos ähnelt, und könnte den Widerstand erheblich verringern. "Die Natur hat uns so viel zu lehren", sagt Nirody. "Es sind all diese erstaunlichen Maschinen gebaut, von denen aus sie sehen und lernen können."

Mit freundlicher Genehmigung der University of Oxford.

DOI: Aktuelle Biologie2018. 10.1016 / j.cub.2018.10.064 (Über DOIs).

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