Jalankan, Gecko, jalankan: mekanisme pergerakan air hibrida tokek

Mengapa kita tidak berhenti sejenak dari fisika kuantum, ilmu material, dan kimia pada hari Jumat yang indah ini? Apa yang kamu katakan Bagaimanapun, dunia penelitian ilmiah, penelitian dan penemuan tidak terbatas pada satu arah. Fisika, kimia, biologi, astronomi, dll. - Setiap hari kami mempelajari sesuatu yang baru di bidang ini, dan akan salah jika membatasi perhatian kami hanya pada Anda, katakanlah, secara fisika. Karena itu, hari ini akan ada sedikit biologi. Mempelajari berbagai publikasi ilmiah, baik dalam subjek maupun arah, saya menemukan penemuan yang aneh. Dan karena karakter utama dari penemuan ini adalah makhluk yang selalu saya sukai, saya tidak bisa melewatinya. Jadi, penemuan itu mengatakan - tokek biasa mampu berlari di atas air. Tidak terlalu mengesankan? Jangan terburu-buru mengambil kesimpulan, karena kadal lincah kecil ini menggunakan beberapa teknik sekaligus untuk melakukan gerakan seperti itu, tidak seperti hewan lainnya. Jika Anda masih bertanya-tanya bagaimana mereka melakukannya, kami tidak akan terlambat. Ayo pergi.

Protagonis

Tokek bukan satu spesies makhluk, tetapi seluruh keluarga lebih dari 1.100 spesies, yang masing-masing memiliki karakteristik sendiri, dari ukuran dan warna hingga habitat dan makanan. Munculnya tokek bisa sangat tidak biasa, tetapi ini disebabkan oleh habitat dan kebiasaan spesies.


Tokek ekor daun

Misalnya, bayi ini, tokek ekor daun, dapat dengan mudah bersembunyi di antara dedaunan kering. Benar, penampilannya mendorong para penemu untuk memberinya nama yang tidak terlalu lucu - tokek ekor setan (tokek ekor setan). Di kepala saya, dari penampilannya, hanya ada satu kata - Drakaris. :)

Semua saudara lelaki berbintik-bintik ini (atau, lebih tepatnya, bersisik) memiliki ciri-ciri yang sama, setidaknya di banyak spesies. Yang paling mencolok adalah kemampuan mereka untuk menggambarkan Spider-Man, atau lebih tepatnya menempel di hampir semua permukaan dan bergerak tidak hanya secara vertikal di sepanjang dinding, tetapi juga di langit-langit. Yang paling menarik adalah prinsip yang dengannya mereka bisa melakukan ini - banyak rambut mikroskopis menutupi anggota badan tokek. Rambut-rambut ini menempel ke permukaan karena kekuatan Van der Waals. Dengan prinsip yang sama, pahlawan buku komik tersebut melekat pada permukaan.


Di sebelah kiri adalah bingkai dari film Spider-Man (2002), dan di sebelah kanan adalah foto makro bantal di kaki tokek.

Juga, orang tidak boleh lupa tentang mata tokek yang luar biasa. Spesies, terutama yang aktif di malam hari, telah meningkatkan sensitivitas terhadap foto. Dengan kata lain, mata mereka mampu menangkap sedikit cahaya, yang memungkinkan mereka untuk mengenali warna dalam gelap. Tokek super-visi telah berulang kali dipelajari. Misalnya, dalam penelitian ini, para ilmuwan menggambarkan sifat mata yang berbeda dari dua spesies tokek: siang hari Phelsuma madagascariensis grandis (tokek raksasa siang hari Madagaskar) dan malam hari Tarentola chazaliae (tokek berkepala helm).


Penampilan mata Gekko smithii (tokek besar atau Smith gecko).

Tetapi hari ini kami berkumpul bukan untuk mempelajari kemampuan visual tokek yang luar biasa, tetapi keterampilan akrobatik mereka yang sama luar biasa. Karena itu, kami melanjutkan langsung ke ruang belajar itu sendiri.

Inti dari penelitian ini

Di hutan tropis di Singapura, video berkecepatan tinggi dibuat tentang bagaimana seekor tokek kecil mengatasi hambatan air untuk sampai ke pohon.



Selain itu, kecepatan gerakannya hampir sama dengan ketika bergerak di permukaan yang solid. Video ini mengajukan pertanyaan kepada para ilmuwan - bagaimana tokek melakukan ini? Studi laboratorium dilakukan, yang menunjukkan bahwa tokek menggunakan beberapa teknik sekaligus untuk bergerak di permukaan air, yang membuatnya cukup unik di dunia hewan.


Pembuat air

Para peneliti mencatat bahwa evolusi telah memberikan hewan yang berbeda yang dapat bergerak di atas air berbagai cara untuk mencapai hal ini. Jadi, beberapa serangga kecil memiliki struktur tungkai yang tidak standar, yang memungkinkan mereka untuk tetap berada di air karena gaya tegangan permukaan. Namun, metode ini tidak universal, karena hewan besar lainnya berevolusi secara berbeda. Sebagai contoh, seorang basilisk yang mengenakan helm benar-benar dapat berlari di air. Gerakan cepat dari kaki belakang memungkinkannya berakselerasi hingga 12 km / jam dan berlari sekitar 400 meter dengan cara ini.


Demonstrasi berlari di atas air dilakukan oleh basilisk yang mengenakan helm, yang tidak sia-sia disebut kadal Yesus Kristus.

Para ilmuwan berbagi dua metode utama memindahkan hewan di atas air: gerakan karena tegangan permukaan dan gerakan karena gerakan tungkai tertentu.

Makhluk kecil memiliki nomor Bond * <1, oleh karena itu, untuk memastikan retensi pada permukaan air, jumlah Weber mereka * juga harus <1.

Bond Number (Bo) * adalah rasio gravitasi terhadap tegangan permukaan.

Weber Number (We) * - rasio inersia fluida terhadap tegangan permukaan.

Grafik hubungan antara nomor Bond dan nomor Weber, serta di mana organisme hidup yang berbeda berada pada skala.

Pada hewan besar, jumlah Bond dan jumlah Weber secara alami besar, dan karena itu mereka tidak dapat menggunakan metode gerakan pertama di permukaan air. Karena itu, mereka harus bertindak sebaliknya, yaitu, menggunakan kekuatan pada permukaan air (menampar, membelai, mengayunkan anggota badan, dll.).

Tokek unik karena memiliki angka Bond dan Weber (Bo = 8,7 ± 0,5, Kami = 47,4 ± 31,7) yang terletak di suatu tempat di antara dua kategori utama sesuai dengan metode pergerakan, ditandai dengan warna hijau dan biru pada grafik di atas. Dengan demikian, para ilmuwan muncul dengan teori bahwa tokek dapat menggunakan kekuatan tegangan permukaan dan pergerakan anggota tubuh pada saat yang sama untuk bergerak melalui air. Dan teori apa pun membutuhkan bukti (kecuali itu adalah aksioma, tentu saja).

Kinematika "Gecko"

Tes ini melibatkan 8 orang. Total "perlombaan air" dilakukan 63.

Ilmuwan mencatat bahwa, tidak seperti basilisk yang memakai helm, tubuh tokek tidak sepenuhnya berada di atas air. Namun, tokek membuat gerakan dengan anggota tubuhnya sedemikian rupa sehingga rongga udara terbentuk di antara mereka dan permukaan air, sama seperti basilisk. Posisi tubuh adalah sebagai berikut: setengah bagian depan di atas air (rata-rata tinggi kepala di atas air 13,4 ± 2,2 mm), bagian belakang bersentuhan dengan air, ekor direndam dalam air dan selalu sejajar dengan permukaan.


Representasi skematis dari posisi tubuh tokek sambil bergerak di permukaan air.

Gerakan tokek di atas air sangat mirip dengan yang ditunjukkannya ketika berlari di darat, ketika tungkai depan bergerak secara bertahap dengan bagian belakang yang berlawanan (kiri depan + kanan belakang, dll.). Pengamatan ini juga tidak biasa, karena selama berenang reptil tidak diayak oleh anggota badan.

Meskipun perendaman parsial tubuh di bawah air, tokek dapat bergerak melalui air dengan kecepatan 60,7 ± 5,4 cm / s, yang kira-kira sama dengan 10,5 panjang tubuh tokek per detik. Indikator ini praktis tidak berubah ketika bergerak di darat. Dan kecepatan air maksimum yang tercatat selama pengujian adalah 97,5 cm / s (3,51 km / jam).


Gerakan tokek di atas air (tampak samping).

Ketika kecepatan ini tercapai, tokek mampu menaikkan sekitar 72% tubuhnya di atas permukaan air, yang membantu mengurangi resistensi gelombang.

Para ilmuwan juga mencatat bahwa gerakan tokek seperti itu di atas air tidak dapat digambarkan sebagai berenang, yang dikonfirmasi oleh pengamatan.

Adapun pergerakan anggota badan, sebenarnya ada kesamaan antara basilisk dan tokek, meskipun tubuh mereka terletak dengan cara yang berbeda. Kedua "pelari air" mengenai cakarnya di atas air, menciptakan dorongan yang memungkinkan Anda untuk terus bergerak (di atas gambar B). Elemen paling penting dari gerakan ini adalah rongga udara, yang seharusnya terbentuk pada saat tumbukan pada permukaan air.

Perbedaan yang paling jelas, seperti yang disebutkan sebelumnya, antara tokek dan basilisk adalah posisi tubuh. Ketika berlari melalui air, basilisk meluruskan secara vertikal, hanya menggunakan kaki belakangnya untuk membuat impuls, dan tubuh mereka, masing-masing, sepenuhnya berada di atas air. Tokek tidak dapat melakukan ini karena anggota badan yang pendek dan ketidakmampuan untuk mengubah posisi tubuh dari horizontal ke vertikal.

Apa yang harus dilakukan dalam kasus ini? Gunakan semua 4 anggota badan, tentu saja. Apa yang dilakukan tokek, kecepatan serangan air masing-masing mencapai 76,2 ± 33,1 cm / s untuk kaki depan dan 91,5 ± 29,4 cm / s untuk kaki belakang. Seperti yang dapat kita lihat, kecepatan bagian belakang jauh lebih tinggi daripada bagian depan, karena posisi tubuh tokek yang hampir horizontal.

Perlu juga diperhatikan perbedaan rongga udara antara tokek dan basilisk selama serangan air. Pada tokek, rongga lebih berbentuk bujur dan meluas secara kaudal (yaitu ke arah ekor). Ini mengarahkan para ilmuwan pada asumsi bahwa bentuk ini membantu lebih banyak dalam menciptakan semacam daya tarik daripada mengangkat tubuh di atas air (seperti basilisk).

Dengan demikian, menjadi jelas bahwa tokek tidak dapat sepenuhnya bergantung pada dampak gerakan anggota badan, seperti basilisk, untuk mengatasi jalur di sepanjang permukaan air. Oleh karena itu, mekanisme gerakan ini digunakan oleh mereka dalam hubungannya dengan yang lain, dan lebih tepatnya dengan tegangan permukaan.

Ketegangan permukaan

Water striders tidak hanya dapat "berdiri" di atas air, tetapi juga berjalan dengan tenang di atasnya karena tegangan permukaan. Beberapa kadal kecil juga dapat tetap berada di permukaan air karena fenomena ini, tetapi hanya dalam keadaan diam. Peneliti dengan rapi menempatkan tokek di dalam air selama pengujian. Tubuhnya tetap di permukaan, meski sebagian besar sudah direndam (jangan khawatir, tokek itu diletakkan di air sebentar, lalu langsung dikeluarkan). Oleh karena itu, jelas bahwa tegangan permukaan air bukan 100% sumber kemampuan tokek untuk berjalan di atas air.

Namun, jangan sepenuhnya membuang fenomena ini. Sebagai permulaan, para peneliti mencatat bahwa kulit tokek sangat hidrofobik (dapat mengusir air), dan sifat ini dapat mengurangi gaya hambat (well, fisika bukan tanpanya) karena mekanisme yang didasarkan pada tingkat tegangan permukaan yang tinggi pada tingkat kontak jenis kulit ini. dengan air.

Untuk menguji teori ini, serangkaian tes dilakukan dalam air dan larutan sabun (yaitu, dalam air dengan surfaktan yang mengurangi tegangan permukaan sebesar ～ 50%).


Gerakan tokek di air bersabun (tampilan samping).

Sebuah basilisk dalam larutan sabun menunjukkan hasil yang sama seperti pada air biasa. Ini dapat diprediksi, karena hewan ini tidak menggunakan tegangan permukaan dalam gudang mekanisme untuk berjalan di atas air. Tetapi tokek jauh lebih sulit. Kecepatan mereka menurun sekitar 58%


Efek dari tegangan permukaan pada pergerakan tokek.

Dalam hal ini, kecepatan dampak impuls tidak berubah. Periode ayunan menjadi sedikit lebih lama. Dan tubuh tokek lebih terbenam di air sabun daripada di air. Ketinggian kepala di atas larutan sabun lebih rendah sebesar 49%, dibandingkan dengan ketinggian di atas air bersih.

Hidrodinamika dan hidrostatik

Diketahui bahwa hewan dengan angka Froude (Fr, kriteria untuk kemiripan pergerakan cairan dan gas) adalah 1,0, dapat bergerak melalui air karena aquaplaning, menghasilkan gaya hidrodinamik dengan gerakan tubuh dengan sudut kemiringan yang positif dari sisi ke sisi. Ketika nilai Fr berfluktuasi dalam kisaran 0,6 ... 1,0, hewan tetap berada di air karena hidrodinamika dan hidrostatik (dalam hal ini, daya apung).

Para ilmuwan telah memperhatikan korelasi positif antara tinggi kepala yang naik di atas air dan kecepatan tokek. Juga, tubuh itu sendiri, atau lebih tepatnya bentuknya, sangat cocok dengan teori ini. Tokek biasa memiliki sudut kemiringan (tikungan) tubuh yang mengesankan - 26,4 ± 9,4. Juga, tubuh mereka rata secara rata, dan perbandingan panjang dengan lebar adalah 3,7 ± 0,4. Permukaan perut rata. Fisiologi semacam itu tidak bisa tidak membantu dalam masalah rumit seperti ketahanan terhadap air.

Namun, para peneliti belum mempelajari aspek-aspek ini sampai akhir, oleh karena itu mereka tidak ingin membuat pernyataan profil tinggi.


Gerakan tokek di atas air (tampak atas).

Gerakan tokek di air bersabun (tampilan atas).

Dan, tentu saja, tokek menggunakan fleksibilitasnya saat bergerak, seperti yang dapat dilihat dalam animasi dan video di atas. Dalam air murni dan air sabun, tokek mempertahankan amplitudo dan gerakan yang sama.

Untuk seorang kenalan yang lebih terperinci dengan penelitian ini, Anda dapat melihat tautannya (laporan kelompok riset + bahan tambahan untuknya).

Epilog

Penelitian ini mungkin tampak aneh, secara sederhana. Para ilmuwan berkumpul di laboratorium dan mulai meluncurkan tokek di atas air (mimpi, bukan pekerjaan). Namun, studi semacam itu membantu untuk memahami apa yang sebelumnya tidak diketahui atau tidak dapat dijelaskan.

Tokek sebelumnya tidak diklasifikasikan sebagai makhluk yang mampu berlari di atas air. Studi ini membuktikan bahwa mereka memiliki tempat yang sah dalam daftar ini. Selain keadilan zoologi ini, para peneliti juga mencatat pentingnya pengamatan mereka dalam robotika. Pemahaman penuh tentang bagaimana hewan bergerak di sekitar air dapat membantu membuat robot yang dapat mengulangi trik ini. Dan mengingat bahwa tokek menggunakan semuanya sekaligus dalam gudang senjata mereka, tidak seperti penari air lainnya, kepentingan mereka dalam proses ini jauh lebih besar.

Selain itu, tidak mengherankan bahwa kadal kecil tapi gesit dapat mengejutkan dunia ilmiah dengan keterampilan yang tidak biasa dan, pada pandangan pertama, tidak dapat dijelaskan. Menurut pendapat saya, ini hanya membuktikan sekali lagi betapa sedikitnya yang kita ketahui tentang dunia dan makhluk yang mengelilingi kita.



Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda, diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami temukan untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps hingga 1 Januari gratis jika dibayar untuk jangka waktu enam bulan, Anda dapat memesan di sini .

Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 249 di Belanda dan Amerika Serikat! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?