איך אפשר להיתקע בלימוד לשונות צפרדע? המחקר שלנו לעולמם של הצפרדעים הדביקים והדלקיים, הכל התחיל בסרטון הומוריסטי של קפיצת שוורים אפריקאית אמיתית המרימה חרקים מזויפים במשחק נייד. הצפרדע הזו הייתה בבירור מומחה בתחום המשחקים; המהירות והדיוק של לשונה עשויים להתמודד עם אגודליהם של בני נוער שולחים.
מחקר נוסף ביוטיוב הניב סרטונים מדהימים של צפרדעים אוכלות עכברים, טרנטולות ואפילו צפרדעים אחרות.
לשון הצפרדע המגוונת יכולה לתפוס משטחים רטובים, שעירים וחלקלקים בקלות שווה. זה עושה הרבה יותר טוב מהדבקים המהונדסים שלנו - אפילו קלטות ביתיות לא יכולות להיצמד היטב למשטחים רטובים או מאובקים. מה שהופך את הלשון הזו למרשימה עוד יותר היא המהירות שלה: למעלה מ -4, 000 מינים של צפרדע וקרפדה טורפים טרף מהר יותר מכפי שאדם יכול למצמץ.
מה הופך את לשון הצפרדע לדביקה כל כך ייחודית? הקבוצה שלנו כוונה לברר.
תשומת הלב המדעית המודרנית המוקדמת לשונות צפרדעים הגיעה בשנת 1849, כאשר הביולוג אוגוסטוס וולר פרסם את מחקר לשון הצפרדע המתועד הראשון על עצבים ופפילות - מבני המיקרו-משטח שנמצאו על הלשון. וולר היה מוקסם מהטבע הרך והדביק של לשון הצפרדעים ומה שהוא כינה "היתרונות המוזרים שיש לשון הצפרדע החיה ... האלסטיות הקיצונית והשקיפות של איבר זה גרמה לי להגיש אותו למיקרוסקופ."
165 שנה קדימה מהירה, כאשר חוקרי הביומכניקה קלייטריך וגורב היו הראשונים למדידת כוחות הלשון בצפרדע הקרנית Ceratophrys cranwelli . הם גילו בשנת 2014 שכוחות ההדבקה של הצפרדעים יכולים להגיע עד פי 1.4 ממשקל הגוף. המשמעות היא שלשון הצפרדע הדביקה חזקה מספיק בכדי להרים כמעט פי שניים ממשקלה. הם הניחו כי הלשון פועלת כמו סרט דביק או דבק רגיש ללחץ - משטח דביק לצמיתות שדבק במצעים בלחץ קל.
לשון צפרדע מחזיקה צלחת פטרי בדיוק עם הדביקות שלה. (אלכסיס נואל / ג'ורג'יה טק, CC BY-ND) כדי להתחיל במחקר שלנו על לשונות צפרדע דביקות, צילמנו צפרדעים וקרפדות שונות שאוכלות חרקים בעזרת וידיאוגרפיה מהירה. גילינו שלשון הצפרדע מסוגלת ללכוד חרק בפחות מ- 0.07 שניות, מהר פי חמישה ממצמוץ עין אנושי. בנוסף, האצת חרקים לכיוון פיו של הצפרדע בזמן לכידתו יכולה להגיע פי 12 מהאצת הכובד. לשם השוואה, אסטרונאוטים בדרך כלל חווים פי שלוש את האצת הכובד במהלך שיגור טילים.
מסקרנים היטב, רצינו להבין כיצד הלשון הדביקה אוחזת בטרף כל כך טוב בתאוצות גבוהות. ראשית עלינו לאסוף כמה לשונות צפרדע. כאן בג'ורג'יה טק, מצאנו את חוג לניתוח הביולוגיה שבקמפוס, שהשתמש בצפרדעי נמר צפון על בסיס קבוע.
התוכנית הייתה כזו: תקע את רקמת הלשון כדי לקבוע רכות, וסובב את רוק הצפרדע בין שתי צלחות כדי לקבוע צמיגות. רכות וצמיגות הם מדדים נפוצים להשוואה בין חומרים מוצקים ונוזלים, בהתאמה. רכות מתארת את עיוות הלשון בעת הפעלת כוח מתיחה, והצמיגות מתארת את עמידות הרוק לתנועה.
קביעת הרכות של רקמת לשון הצפרדע לא הייתה משימה קלה. היינו חייבים ליצור כלי כניסה משלנו מכיוון שרכות הלשון הייתה מעבר ליכולות של ציוד בדיקת החומרים המסורתי בקמפוס. החלטנו להשתמש במכונת הכניסה, המנקרת חומרים ביולוגיים ומודדת כוחות. הקשר בין תזוזת הכוח יכול אז לתאר רכות על בסיס צורת ראש הכניסה, כמו צילינדר או כדור.
כאשר ראש הכניסה מתרחק מהלשון, הוא נדבק ונמתח. (אלכסיס נואל / ג'ורג'יה טק, CC BY-ND) עם זאת, ראשים טיפוסיים למכונות כניסה יכולים לעלות 500 $ ומעלה. שלא רצינו לבזבז את הכסף או לחכות למשלוח, החלטנו להכין טבעות טבעיות עגולות מפלדת אל חלד. לאחר הבדיקות שלנו, מצאנו כי לשונות צפרדע רכות בערך כמו רקמת מוח ורכות פי עשרה מלשון האדם. כן, בדקנו במעבדה את רקמת הלשון המוחית והאנושית (לאחר המוות).
לבדיקת תכונות הרוק נתקלנו בבעיה: המכונה שתסובב רוק צפרדע דרשה כחמישית כפית נוזלים כדי לבצע את הבדיקה. נשמע קטן, אבל לא בהקשר של איסוף ירק צפרדע. דו-חיים הם ייחודיים בכך שהם מפרישים רוק דרך בלוטות הממוקמות על לשונם. לכן, לילה אחד בילינו כמה שעות בגריטות של 15 לשונות צפרדע מתות כדי לקבל דגימת רוק גדולה מספיק לציוד הבדיקה.
איך מורידים רוק מלשון צפרדע? קל. ראשית, אתה שולף את הלשון מהפה. שנית, אתה משפשף את הלשון על דף פלסטיק עד שנוצרת כדור רוק (זעיר). כדוריות נוצרות כתוצאה מחלבוני הריר בעלי השרשרת הארוכה הקיימות ברוק הצפרדע, בדומה לרוק האנושי; חלבונים אלה מסתבכים כמו פסטה כשהם מסתובבים. ואז אתה תופס במהירות את הכדור באמצעות פינצטה ומניח אותה בכלי אטום אוויר כדי להפחית את האידוי.
לאחר הבדיקה, הופתענו לגלות שהרוק הוא נוזל ויסקו-אלסטי דו-פאזי. שני השלבים תלויים במהירות הגזירה של הרוק, כשנוחים בין צלחות מקבילות. בשיעורי גזירה נמוכים הרוק סמיך וצמיג מאוד; בשיעורי גזירה גבוהים, רוק הצפרדע הופך להיות דק ונוזל. זה דומה לצבע, שמתפשט בקלות באמצעות מברשת, ובכל זאת נשאר דבוק היטב על הקיר. שני השלבים הללו הם המקנים לרוק את הפיכתו בלכידת הטרף, להדבקה ושחרור חרק.
כיצד רקמות רכות ורוק דו-פאזי עוזרות ללשון הצפרדע להיצמד לחרק? בואו נעבור דרך תרחיש של לכידת טרף, שמתחיל בלשון צפרדע המתקרבת מהפה ומתנגש בחרק.
בשלב השפעה זה הלשון מתעוותת ומתעטפת סביב החרק, מגבירה את אזור המגע. הרוק הופך להיות נזיל, חודר לסדקי החרקים. כאשר הצפרדע מושכת את לשונה חזרה לפה, הרקמה נמתחת כמו קפיץ, ומפחיתה כוחות על החרק (בדומה לאופן שחוט באנג'י מפחית כוחות על הקרסול שלך). הרוק חוזר למצבו העבה והצמיג, ושומר על אחיזה גבוהה בחרק. ברגע שהחרק נמצא בתוך הפה, גלגלי העיניים דוחפים את החרק במורד הגרון, וגורמים לרוק להיות רזה ונוזלי.
יתכן שלניתוק סודות ההדבקה של לשונות צפרדע יכולות להיות יישומים עתידיים לדברים כמו מנגנוני הדבקה במהירות גבוהה למסועים, או מנגנוני תפיסה מהירים ברובוטיקה רכה.
והכי חשוב, עבודה זו מספקת תובנה חשובה ביולוגיה ותפקודם של דו חיים - 40 אחוזים מהם נמצאים בירידה קטסטרופלית או שכבר נכחדו. בעבודה עם ארגון השימור קרן אמפיביאן הייתה לנו גישה למינים צפרדעים חיים ושמורים. תוצאות המחקר שלנו מספקות לנו הבנה רבה יותר של קבוצה זו שסובלת ממנה. הידע שנאסף על פונקציות ייחודיות של מינים של צפרדע וקרפדה יכול להודיע על החלטות שימור לניהול אוכלוסיות במערכות אקולוגיות דינמיות וירידות.
אמנם לא קל להיות ירוק, צפרדע עשויה למצוא נחמה בעובדה שלשונו היא דבק אחד מדהים.
מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation. קרא את המאמר המקורי.
אלכסיס נואל הוא סטודנט לתואר שלישי בביומכניקה במכון הטכנולוגי בג'ורג'יה
דיוויד הו הוא פרופסור חבר להנדסת מכונות וביולוגיה ופרופסור חבר בפיזיקה במכון הטכנולוגי בג'ורג'יה.
