grodor fångar byte med skjuvförtunnande saliv som sprider sig över insekter när tungan träffar och sedan tjocknar och fastnar när tungan dras tillbaka – enligt forskare i USA. I kombination med tungans unika materialegenskaper gör denna tvåfasiga, viskoelastiska vätska tungan extremt klibbig, vilket gör att grodor kan fånga och svälja byte tyngre än sig själva på ett ögonblick. Forskningen kan leda till utveckling av nya typer av lim och materialhanteringsteknik, säger forskarna.
grodor kan fånga flygande insekter med häpnadsväckande hastigheter med en snärt av sina piskliknande tungor. Men det är inte bara lätta insekter som de kan ta tag i. Forskning har visat att en grodtunga kan dra upp till 1,4 gånger grodans kroppsvikt. Och grodor har registrerats fånga större djur som möss och fåglar.
i början av den senaste studien filmade Alexis Noel vid Georgia Institute of Technology i Atlanta och kollegor vanliga leopardgrodor, Rana pipiens och andra arter som fångar syrsor med en höghastighetskamera med 1400 bilder per sekund. De fann att en leopard-grodas tunga kan fånga en insekt på mindre än 0,07 s – fem gånger snabbare än människor kan blinka.
Honungsfälla
lagets beräkningar visar att när tungan dras tillbaka kan kraften på insekten nå 12 gånger tyngdkraften. Tungan kan hålla sig vid byte under sådana krafter eftersom den är extremt mjuk och viskoelastisk och belagd i ett icke-Newtonskt, skjuvförtunnande saliv, enligt forskarna. Skjuvförtunning är egenskapen hos vissa vätskor varigenom en skjuvkraft på vätskan minskar dess viskositet. Vid låga skjuvhastigheter är saliven mycket tjock och mer viskös än honung. Men när de utsätts för höga skjuvkrafter, till exempel när tungan accelererar till byte, tunnar saliven och blir cirka 50 gånger mindre viskös, fann forskarna.
” under bytespåverkan upplever salivet höga skjuvhastigheter, vilket resulterar i att salivet blir tunt och flytande, penetrerande insektsprickor,” förklarar Noel. ”Under insektsretraktion upplever salivet låga skjuvhastigheter, stärker upp och bibehåller greppet på insekten.”
”Frogsaliv är ungefär som färg, en annan skjuvförtunnande vätska”, säger Noel. ”Färg är lätt att sprida på väggar med pensel. När borsten har tagits bort förblir färgen fast vid väggen. Detta beror på att färgviskositeten förändras med applicerad skjuvhastighet.”
mjukt material
forskarna fann också att grodtungan är ett av de mjukaste kända biologiska materialen. Det är lika mjukt som hjärnvävnad och 10 gånger mjukare än den mänskliga tungan. Den extrema mjukheten gör att tungan kan deformeras och lindas runt bytet under påverkan, vilket skapar ett stort kontaktområde, vilket hjälper till att fånga och vidhäfta.
tungans mjukhet och viskoelastiska natur hjälper också till att upprätthålla kontakten med insekten när den dras tillbaka i munnen. Enligt forskarna är tungan mycket fuktad och när insekten dras mot grodan fungerar den som en stötdämpare, lagrar energi i sin mjukvävnad och minskar separationskrafterna mellan saliv och insekt. Noel använder analogi av en bungee sladd. ”Om tungan var styvare skulle det vara som en människa som hoppade från en bro med ett styvt rep lindat runt fotleden.”
när insekten är inne i grodans mun kommer skjuvförtunnande saliv in för att spela igen. Grodan drar in sina ögonbollar i munhålan för att trycka insekten ner i halsen. Denna rörelse ger en skjuvkraft parallellt med tungan som är tillräckligt hög för att göra saliven tunn och vattnig, och insekten släpps och sväljs. Den tvåfasiga saliven hjälper till i alla faser av rovfångst: låg viskositet hjälper till under påverkan och frisättning, medan hög viskositet hjälper till med bytesvidhäftning.
reversibla lim
forskarna tror att dessa mekanismer kan inspirera utformningen av syntetiska reversibla lim för höghastighetsapplikationer. Noel berättade för Physics World att hon kunde föreställa sig ett sådant lim ”som används för en snabb objektuppsamlingsmekanism i Drönare” eller som ett sätt att ta tag i känsliga föremål från ett transportband i en tillverkningsanläggning.
Pascal Damman från University of Mons i Belgien berättade för Physics World: ”denna studie bekräftar vad vi visade i vårt arbete med kameleoner, kombinationen av elastisk deformation av tungan tillsammans med det viskösa slemet säkerställer effektiv rovfångst. Jag är dock förvånad över att se att vidhäftningskraften som observerats för grodorna är mycket mindre än vidhäftningsstyrkan som observerats för kameleoner.”
studien beskrivs i Royal Society Interface.