Новое исследование, опубликованное сегодня в PNAS, показывает, что у лазающих животных, от клещей и пауков до древесных лягушек и гекконов, процент поверхности тела, покрытой липкими подушечками лап, увеличивается по мере увеличения размера тела, устанавливая предел размера животного, которое может используйте эту стратегию, потому что более крупным животным потребуются невероятно большие ноги.Доктор Дэвид Лабонте и его коллеги из кафедры зоологии Кембриджского университета обнаружили, что крошечные клещи используют примерно в 200 раз меньше общей площади своего тела для изготовления клейких подушечек, чем гекконы, крупнейшие в природе альпинисты. А люди? Если бы мы хотели произвести убедительное впечатление Человека-паука, нам нужно было бы покрыть липкими подушечками лап около 40% всей поверхности нашего тела или примерно 80% нашей передней части.
Как предполагает Лабонте, когда животное становится достаточно большим, чтобы покрыть значительную часть его поверхности липкими подушечками лап, необходимые морфологические изменения сделают развитие этого признака непрактичным.«Если бы человек, например, хотел подняться по стене, как геккон, нам потребовались бы непрактично большие липкие ступни — наша обувь должна быть европейского размера 145 или американского размера 114», — говорит Уолтер Федерле. , старший автор также из отделения зоологии Кембриджа.
Исследователи говорят, что это понимание предельных размеров липких подушечек для ног может иметь серьезные последствия для разработки крупномасштабных клеев на биологической основе, которые в настоящее время эффективны только на очень небольших участках.«По мере того, как животные увеличиваются в размерах, количество площади поверхности тела на единицу объема уменьшается — у муравья большая площадь поверхности и очень небольшой объем, а синий кит — это в основном объем с небольшой площадью поверхности», — объясняет Лабонте.«Это создает проблему для более крупных лазающих видов, потому что, когда они крупнее и тяжелее, им требуется больше силы сцепления, чтобы иметь возможность придерживаться вертикальных или перевернутых поверхностей, но у них сравнительно меньше поверхности тела, доступной для покрытия липкими подушечками ног.
Это подразумевает что существует ограничение на размер липких подушечек в качестве эволюционного решения лазания — и он оказывается размером с геккона ».Более крупные животные разработали альтернативные стратегии, помогающие им карабкаться, например, когти и пальцы ног.Исследователи сравнили вес и размер ступней у 225 видов скалолазов, включая насекомых, лягушек, пауков, ящериц и даже млекопитающих.
«Мы сравнили животных, вес которых превышает семь порядков, что примерно такое же, как, например, сравнение таракана с весом Биг-Бена», — говорит Лабонте.Эти исследования также дали исследователям более глубокое понимание того, как размер липких подушечек лап зависит и ограничивается историей эволюции животных.«Мы смотрели на совершенно разных животных — паук и геккон примерно такие же разные, как человек и муравей, но если вы посмотрите на их ноги, то у них удивительно похожие подушечки лап», — говорит Лабонте.
«Клейкие подушечки лазающих животных являются ярким примером конвергентной эволюции, когда несколько видов независимо друг от друга, через очень разные истории эволюции, пришли к одному и тому же решению проблемы. Когда это происходит, это явный признак того, что это должно быть очень хорошее решение ".Исследователи полагают, что мы можем извлечь уроки из этих эволюционных решений в разработке крупномасштабных клеев, созданных руками человека.
«Наше исследование подчеркивает важность масштабирования для адгезии животных, и масштабирование также важно для улучшения характеристик клеев на гораздо больших площадях. Еще предстоит проделать много интересной работы по изучению стратегий, которые животные разработали для поддержания возможность масштабирования гладких стен, что, вероятно, также может иметь очень полезное применение при разработке крупномасштабных, мощных, но контролируемых клеев », — говорит Лабонте.Есть еще одно возможное решение проблемы, как придерживаться, когда вы большое животное, — это сделать ваши липкие подушечки еще более липкими.
«Мы заметили, что у близкородственных видов размер подушечек не увеличивался достаточно быстро, чтобы соответствовать размеру тела, вероятно, в результате эволюционных ограничений. Тем не менее, эти животные все еще могут прилипать к стенам», — говорит Кристофер Клементе, соавтор из Университета им. Солнечный берег.
«Что касается лягушек, мы обнаружили, что они переключились на второй вариант изготовления подушечек более липкими, чем крупными. Примечательно, что мы видим два разных эволюционных решения проблемы увеличения размеров и прилипания к стенам», — говорит Клементе.
«У всех видов проблема решается путем эволюции относительно более крупных подушечек, но это не представляется возможным в пределах близкородственных видов, вероятно, из-за недостаточного морфологического разнообразия для этого. Вместо этого внутри этих близкородственных групп подушечки становятся более липкими. является прекрасным примером эволюционных ограничений и нововведений ».