Kuidas saab konnakeeli uurides jänni? Meie uuring konnade kleepuva ja limase maailma kohta algas kõik humoorika videoga tõelisest Aafrika härjakonnast, kes koputab mobiilimängus võltsputukatele. See konn oli selgelt mängude ekspert; selle keele kiirus ja täpsus võiksid konkureerida teismeliste lühisõnumitega.
Edasised YouTube'i uuringud andsid hämmastavaid videoid konnadest, kes söövad hiired, tarantuulid ja isegi muud konnad.
Mitmekülgne konnakeel suudab sama hõlpsalt haarata märjad, karvased ja libedad pinnad. See teeb palju paremini kui meie konstrueeritud liimid - isegi majapidamislindid ei kleepu kindlalt niisketele või tolmustele pindadele. Mis teeb selle keele veelgi muljetavaldavamaks, on selle kiirus: üle 4000 konna- ja kärnkonnaliigi röövib kiiremini kui inimene suudab vilkuda.
Mis teeb konnakeele nii ainulaadselt kleepuvaks? Meie rühma eesmärk oli välja selgitada.
Varasem tänapäevane teaduslik tähelepanu konnakeeltele tekkis 1849. aastal, kui bioloog Augustus Waller avaldas esimese dokumenteeritud konnakeele uuringu närvide ja papillide - keele pinnal leiduvate mikrostruktuuride kohta. Waller oli lummatud konnakeele pehmest ja kleepuvast olemusest ning sellest, mida ta nimetas “elava konna keele omapäraseteks eelisteks… selle organi äärmine elastsus ja läbipaistvus ajendasid mind seda mikroskoobi alla saatma”.
Kiirelt edasi liikudes 165 aastat, kui biomehaanika teadlased Kleinteich ja Gorb mõõtsid esimesena sarvedega konnas Ceratophrys cranwelli keelejõude. Nad leidsid 2014. aastal, et konnade haardumisjõud võivad ulatuda kuni 1, 4-kordse kehakaaluni. See tähendab, et kleepuv konnakeel on piisavalt tugev, et enda raskust peaaegu kaks korda tõsta. Nad postuleerisid, et keel toimib nagu kleeplint või survetundlik liim - püsivalt kleepuv pind, mis kleepub aluspinnale väikese rõhu all.
Konnakeel hoiab Petri tassi kinni just oma kleepuvusega. (Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND) Kleepuvate konnakeelte uurimise alustamiseks filmisime kiireid videograafia abil erinevaid putukaid söövaid konni ja kärnkondi. Leidsime, et konna keel suudab putuka tabada vähem kui 0, 07 sekundiga, mis on viis korda kiiremini kui inimese silm vilgub. Lisaks võib putukate kiirendus konna suu poole püüdmise ajal jõuda gravitatsiooni kiirenduse 12-kordse kiirendamiseni. Võrdluseks - astronaudid kogevad raketi laskmise ajal gravitatsiooni kiirendust tavaliselt umbes kolm korda.
Olles sügavalt huvitatud, tahtsime aru saada, kuidas kleepuv keel hoiab suurtel kiirendustel saakloomi nii hästi kinni. Esmalt pidime koguma mõned konnakeeled. Siin Georgia Tech'is jälgisime ülikoolilinnaku bioloogia dissektsiooniklassi, kes kasutas regulaarselt põhjapoolseid leopardikonde.
Plaan oli järgmine: pehmuse määramiseks pistke keelekoe sisse ja viskoossuse määramiseks konn sülti keerutage kahe plaadi vahel. Pehmus ja viskoossus on tavalised mõõdikud vastavalt tahkete ja vedelate materjalide võrdlemisel. Pehmus kirjeldab keele deformatsiooni venitusjõu rakendamisel ja viskoossus kirjeldab sülje vastupidavust liikumisele.
Konnakeele koe pehmuse määramine polnud kerge ülesanne. Pidime looma oma treppimisriistad, kuna keele pehmus ületas ülikoolilinnakus tavapäraste materjalide testimise seadmete võimalused. Otsustasime kasutada treppimismasinat, mis valab bioloogilisi materjale ja mõõdab jõud. Jõu ja nihke suhe saab sel juhul kirjeldada pehmust, mis põhineb sisselõikepea kujust, näiteks silindrist või kerast.
Kui taandepea tõmbab keelest eemale, kleepub see kinni ja venib. (Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND) Kuid treppimismasinate tüüpilised pead võivad maksta 500 dollarit või rohkem. Kuna me ei soovinud raha kulutada ega saatmist oodata, otsustasime teha roostevabast terasest kõrvarõngastest oma sfäärilised ja lameda peaga sisselõiked. Pärast meie katseid leidsime, et konnakeeled on umbes sama pehmed kui ajukoed ja kümme korda pehmemad kui inimese keel. Jah, testisime laboris võrdluseks aju ja inimese keelekudet (surmajärgset).
Süljeomaduste testimiseks sattusime probleemi: masinas, mis konna sülti keerutab, kulus testi läbiviimiseks umbes viiendik teelusikatäit vedelikku. Kõlab vähe, aga mitte konnasilma kogumise kontekstis. Kahepaiksed on ainulaadsed selle poolest, et eritavad sülge nende keelel asuvate näärmete kaudu. Niisiis, veetsime ühel õhtul paar tundi 15 surnud konnakeelt kraapides, et saada testimisseadmete jaoks piisavalt suur süljeproov.
Kuidas saate konna keelelt sülti? Lihtne. Esiteks tõmbate keele suust välja. Teiseks hõõrute keelt plastlehele, kuni moodustub (pisike) sülggloobus. Gloobud moodustuvad konna süljes olevate pika ahelaga limavalkude tõttu, sarnaselt inimese süljega; need valgud kõmuvad nagu makaronid. Seejärel haarate pintsettide abil kiiresti gloobuli ja asetate aurustumise vähendamiseks õhukindlasse nõusse.
Pärast katsetamist avastasime üllatusega, et sülg on kahefaasiline viskoelastne vedelik. Kaks faasi sõltuvad paralleelsete plaatide vahel puhkamise ajal sülje kiireks lõikamisest. Madala nihkekiiruse korral on sülg väga paks ja viskoosne; kõrge nihkekiiruse korral muutub konna sülg õhukeseks ja vedelaks. See sarnaneb värviga, mida pintsliga kergesti laiali laotatakse, kuid jääb seinale kindlalt kinni. Need kaks faasi annavad süljele pöörduvuse saagiks saamisel, putuka kleepumisel ja vabastamisel.
Kuidas aitab pehme kude ja kahefaasiline sülg konnakeelt putuka külge kinni jääda? Jalutame läbi saagiks püüdmise stsenaariumi, mis algab konnakeele suust välja suubumisest ja putukaks löömisest.
Sellel löögietapil deformeerub ja mähkub keel putuka ümber, suurendades kontaktpinda. Sülg muutub vedelaks, tungides läbi putukate pragude. Kui konn tõmbab keele tagasi suhu, venib kude nagu vedru, vähendades putukale suunatud jõude (sarnaselt sellega, kuidas benji nöör vähendab pahkluule mõjuvaid jõude). Sülg naaseb oma paksu, viskoosse olekusse, säilitades putuka suure haarde. Kui putukas on suu sees, suruvad silmamunad putuka kurgust alla, põhjustades sülje taas õhukeseks ja vedelaks muutumist.
Võimalik, et konnakeelte adhesioonisaladuste lahtiharutamisel võib tulevikus olla rakendusi näiteks konveierilintide kiirete kleepumismehhanismide jaoks või pehme robootika kiirete haaramismehhanismide jaoks.
Mis kõige tähtsam - see töö annab väärtusliku ülevaate kahepaiksete bioloogiast ja talitlusest - neist 40 protsenti on katastroofilises languses või juba surnud. Koostöö looduskaitseorganisatsiooni Amfiibade fondiga oli meil ligipääs elavatele ja säilinud konnaliikidele. Meie uurimistöö tulemused annavad meile selle vaesustatud rühma parema mõistmise. Konna- ja kärnkonnaliikide ainulaadsete funktsioonide kohta kogutud teadmised võivad aidata kaitsta kaitseotsuseid dünaamiliste ja kahanevate ökosüsteemide populatsioonide haldamiseks.
Kuigi roheliseks olemine pole lihtne, võib konn leida lohutust tõsiasjas, et tema keel on üks hämmastav liim.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation. Lugege algset artiklit.
Alexis Noel on Georgia tehnikainstituudi biomehaanika doktorant
David Hu on mehaanika ja bioloogia dotsent ning füüsika dotsent Georgia tehnoloogiainstituudis
