frøer fanger bytte ved hjælp af forskydningsfortyndende spyt, der spreder sig over insekter, når tungen rammer og derefter tykner og klæber, når tungen trækker sig tilbage-ifølge forskere i USA. I kombination med tungens unikke materialeegenskaber gør denne tofasede, viskoelastiske væske tungen ekstremt klæbrig, så frøer kan fange og sluge bytte tungere end dem selv på et øjeblik. Forskningen kan føre til udvikling af nye typer klæbemidler og materialehåndteringsteknologier, siger forskerne.
frøer kan fange flyvende insekter i forbløffende hastigheder med et svirp af deres piskelignende tunger. Men det er ikke kun lette insekter, de kan gribe. Forskning har vist, at en frøtunge kan trække op til 1,4 gange frøens kropsvægt. Og frøer er blevet registreret fange større dyr som mus og fugle.
i starten af den seneste undersøgelse filmede Aleksej Noel ved Georgia Institute of Technology i Atlanta og kolleger almindelige leopardfrøer, Rana pipiens og andre arter, der fangede crickets med et højhastighedskamera med 1400 billeder i sekundet. De fandt ud af, at en leopard-frøs tunge kan fange et insekt på mindre end 0,07 s – fem gange hurtigere end mennesker kan blinke.
Honningfælde
holdets beregninger viser, at når tungen trækkes tilbage, kan kraften på insektet nå 12 gange tyngdekraften. Tungen er i stand til at klæbe til bytte under sådanne kræfter, fordi den er ekstremt blød og viskoelastisk og belagt i en ikke-Nytonisk, forskydningsfortyndende spyt, ifølge forskerne. Forskydningsfortynding er egenskaben for nogle væsker, hvorved en forskydningskraft på væsken reducerer dens viskositet. Ved lave forskydningshastigheder er spyt meget tykt og mere tyktflydende end honning. Men når de udsættes for høje forskydningskræfter, for eksempel når tungen accelererer ind for at bytte, tyndes spyt og bliver omkring 50 gange mindre tyktflydende, fandt forskerne.
“under byttepåvirkning oplever spyt høje forskydningshastigheder, hvilket resulterer i, at spyt bliver tyndt og flydende, gennemtrængende insektsprækker,” forklarer Noel. “Under tilbagetrækning af insekter oplever spyt lave forskydningshastigheder, opstrammer og opretholder grebet om insektet.”
” Frøspyt er meget som maling, en anden forskydningsfortyndende væske, ” siger Noel. “Maling er let at sprede på vægge med en børste. Når børsten er fjernet, forbliver malingen derefter fast klæbet til væggen. Dette skyldes, at malingsviskositeten ændres med anvendt forskydningshastighed.”
blødt materiale
forskerne fandt også, at frøtungen er et af de blødeste kendte biologiske materialer. Det er så blødt som hjernevæv og 10 gange blødere end den menneskelige tunge. Den ekstreme blødhed gør det muligt for tungen at deformere og vikle rundt om byttet under påvirkning, hvilket skaber et stort kontaktområde, der hjælper med at fange og klæbe.
tungens blødhed og viskoelastiske natur hjælper den også med at opretholde kontakten med insektet, når det trækkes tilbage i munden. Ifølge forskerne er tungen stærkt dæmpet, og når insektet trækkes mod frøen, fungerer det som en støddæmper, der lagrer energi i dets bløde væv og reducerer adskillelseskræfter mellem spyt og insekt. Noel bruger analogien med en bungee-ledning. “Hvis tungen var stivere, ville det være som et menneske, der sprang ud af en bro med et stift reb viklet rundt om ankelen.”
når insektet er inde i frøens Mund, kommer forskydningsfortyndende spyt ind for at spille igen. Frøen trækker sine øjenkugler ind i mundhulen for at skubbe insektet ned i halsen. Denne bevægelse frembringer en skærekraft parallelt med tungen, der er høj nok til at gøre spyt tynd og vandig, og insektet frigives og sluges. Den tofasede spyt hjælper i alle faser af byttefangst: lav viskositet hjælper under påvirkning og frigivelse, mens høj viskositet hjælper med bytteadhæsion.
Reversible klæbemidler
forskerne mener, at disse mekanismer kunne inspirere til design af syntetiske reversible klæbemidler til højhastighedsapplikationer. Noel fortalte Fysikverdenen, at hun kunne forestille sig, at et sådant klæbemiddel “blev brugt til en hurtig objektopsamlingsmekanisme i droner” eller som en måde at få fat i sarte genstande fra et transportbånd i et produktionsanlæg.
Pascal Damman fra University of Mons i Belgien fortalte Fysikverdenen: “denne undersøgelse bekræfter, hvad vi viste i vores arbejde med kameleoner, kombinationen af elastisk deformation af tungen sammen med det viskøse slim sikrer effektiv byttefangst. Jeg er dog overrasket over at se, at vedhæftningskraften observeret for frøerne er meget mindre end vedhæftningsstyrken observeret for kameleoner.”
undersøgelsen er beskrevet i Royal Society Interface.