Быстрые языки саламандр и хамелеонов помогают инженерам совершать прорывные открытия, сообщают исследователи.
В лаборатории Дебана в Университете Южной Флориды биология и инженерия объединяются, чтобы показать, как природные конструкции однажды могут помочь решить проблемы на Земле и за её пределами.
Постдокторский исследователь Юй Цзэн и профессор интегративной биологии Стивен Дебан в своём последнем исследовании впервые выяснили, что саламандры и хамелеоны — несмотря на то, что они разделены эволюционными мирами — используют один и тот же механизм для выброса языка на молниеносной скорости.
Открытие, опубликованное в журнале Current Biology, не только углубляет наше понимание движений животных, но и указывает на новые возможности, вдохновлённые биологией.
Хамелеоны и саламандры живут в совершенно разных средах обитания: хамелеоны живут в более тёплых условиях на деревьях или кустах, а саламандры процветают во влажных местах обитания, в том числе в опавших листьях и пещерах.
«Они никогда не встречались друг с другом в дикой природе», — говорит Цзэн. И всё же Цзэн и Дебан обнаружили, что обе группы разработали удивительно похожую «баллистическую» систему выброса языка.
«Они развили одинаковую архитектуру в своём теле для выброса языка на высокой скорости», — пояснил Цзэн.
«Удивительно то, что они достигают этого, используя те же самые обычные ткани, сухожилия и кости, которые есть у других позвоночных».
Для Дебана, который изучает движения и физиологию животных более трёх десятилетий, приход Цзэна в его лабораторию расширил рамки его исследований на новую, междисциплинарную территорию. Цзэн, который ранее изучал полёт насекомых, по-новому взглянул на то, как животные перемещаются по воздуху, и на то, как эти идеи могут быть применены в технологиях.
Видеоанализ, накопленный более чем за десять лет в лаборатории Дебана, показывает, что и саламандры, и хамелеоны могут выбрасывать язык со скоростью до 16 футов в секунду. Исследование впервые поставило эти виды рядом и выявило объединяющую механическую модель.
Механизм выброса языка работает как праща. Этот механизм, по словам Дебана и Цзэна, имеет большой инженерный потенциал не только в лаборатории, но и в больницах, зонах стихийных бедствий и даже в космосе.
«Этот механизм можно масштабировать в большую или меньшую сторону, используя мягкие или гибкие материалы, — говорит Цзэн. — Мы уже ведём переговоры с инженерами о возможных биомедицинских применениях, например, о создании устройств, которые могли бы удалять тромбы. В более широком масштабе это может вдохновить на создание инструментов для извлечения предметов в труднодоступных местах, таких как разрушенное здание, или даже для захвата мусора в космосе».
Дебан и Цзэн планируют расширить свои исследования, чтобы изучить, как животные не только выбрасывают, но и втягивают язык с поразительной скоростью и точностью. Их работа отражает растущее в науке движение под названием «биоинспирация», которое подразумевает разработку новых материалов, устройств или структур на основе решений, найденных в организмах.
«Приятно иметь объединяющую историю об этих удивительных языках, а также о потенциальных инженерных приложениях после стольких лет сосредоточения на биологии этих животных», — говорит Дебан.
«Природа уже решила эти проблемы, теперь мы учимся тому, как адаптировать эти решения для себя».
Источник: Университет Южной Флориды