自由“滑行”的秘密?蛇的腹部覆盖了超薄脂质涂层,爬树渡沙也轻松自如

自由“滑行”的秘密?蛇的腹部覆盖了超薄脂质涂层,爬树渡沙也轻松自如

天下之大,无奇不有,连蛇也是千奇百样。有些种类的蛇,会在地面上爬行,而另一些则可以爬树、在沙滩上潜水甚至在水中滑行。

科学家们在一项最新研究中报告称,不同种类的蛇在穿越不同地形时,其鳞片表面的化学成分其实也不同。这一发现,可能会对设计耐用材料产生影响,也可能会对模仿蛇运动的机器人产生影响,使其能够穿过原本无法通过的表面。

研究人员在最新的美国化学学会(ACS)春季会议上公布了他们的研究结果。

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该项目的首席研究员Tobias Weidner博士解释说,这项研究始于与西雅图Woodland Park动物园的合作。动物园的一位生物学家告诉Weidner,人们对蛇表面的化学成分所知甚少。他说:“生物学家通常没有能够识别蛇皮表面最外层分子的技术。”“但我是一名化学家,一名表面科学家,所以我觉得我可以用实验室的方法找到一些新的研究兴趣点。”

在最初的项目中,研究人员发现陆地蛇身上覆盖着一层脂质。这层油层非常薄,只有一到两纳米,之前没有人注意到它。

研究小组还发现,在蛇背部鳞片上,这一层的分子是杂乱无章的,但在腹部鳞片上则是高度有序、密集排列的,这种排列提供了润滑和防止磨损的功能。

“有些人害怕蛇,因为他们认为蛇是黏糊糊的,但生物学家告诉他们蛇并不是黏糊糊的,摸起来应该是干爽的感觉,”Weidner说。“这背后其实暗藏玄机——因为在纳米尺度上,我们发现它们实际上是油腻的、黏糊糊的,尽管你感觉不到。”

在这项新的研究中,研究小组想要弄清楚在适应不同栖息地的物种中,这种纳米粘滑表面的化学性质是否有所不同,研究生Mette H. Rasmussen说在会议上展示了最新的发现。

Rasmussen利用最近脱落的蛇皮,比较了地面蛇、树蛇和沙蛇的表面化学成分。她使用了激光光谱学和电子显微镜技术,通过x射线将电子敲出表面来探测表面的化学成分。该项目是与俄勒冈州立大学的乔·拜奥博士合作完成的。

Rasmussen发现树蛇的腹部有一层有序的脂质分子,就像地蛇一样。但是在沙中潜行的沙蛇,在它的前面和后面都有一个有序的脂质层。“从蛇的角度来看,这是有道理的,”她说。“如果你被周围的环境包围,你会希望两边的摩擦减少和耐磨,而不是只在周围移动。”接下来,研究人员想要找出这些脂质从何而来,并观察其他蛇类的差异,包括那些生活在水中的蛇类。他们也想识别脂质的化学组成差异,尽管Weidner怀疑脂质层的化学组成,不如脂质分子的组织和密度重要。

这项工作可以有广泛的应用。了解蛇在遇到尖锐的岩石、热沙和其他挑战时如何保持皮肤的完整性,有助于设计更耐用的材料。研究人员表示,多个小组正在开发模仿蛇滑行或侧身移动的机器人,与带轮子的机器人不同的是,这些机器人凭此可以通过陡峭的沙质斜坡等困难的地形。Rasmussen指出,这些研究小组最近开始考虑蛇鳞片的微观结构,但鳞片的表面化学性质对它们的性能也至关重要。将

这些领域结合在一起,有一天可能会诞生能够帮助救援行动或解救困在沙中的火星漫游者的蛇形机器人。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://phys.org/news/2021-04-snake-species-terrains-surrender-surface.html

文章来源于互联网:自由“滑行”的秘密?蛇的腹部覆盖了超薄脂质涂层,爬树渡沙也轻松自如

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