Почему змеи не натирают на животиках мозольки?

По роду своей деятельности змеям часто приходится ползать, порой по весьма жесткому и грубому субстрату. Однако гладкость и блеск змеючьего живота от этого не страдает – так и хочется потискать его губами! Почему же ползучий образ жизни не приводит к обдиранию кожи или хотя бы элементарным мозолькам? Ответ на этот вопрос нащупали профессор Станислав Горб, биомеханик из Кильского университета (Германия), и инженер-химик Джо Байо из Университета штата Орегон (США).

Калифорнийская королевская змея (Lampropeltis californiae). Фото: Carl Brune.

Когда берешь змеюку в руку, сразу чувствуешь, какая это шершавая и гладенькая тварь. Шершавая – на спинке, гладенькая – на пузике. Опыты показывают, что коэффициент трения пузика значительно ниже спинки. И это странно, ведь даже под мощным микроскопом чешуи обеих поверхностей выглядят совершенно одинаково: тот же размер, та же форма, такой же тонкий слой липидов снаружи чешуи.

Такой же, да не такой же. В предыдущих исследованиях Горб с коллегами показали, что на животе липидный слой чрезвычайно твердый на поверхности, соприкасающейся с землей, и становится мягче ближе к поверхности самой чешуи. Благодаря такой морфологии абразивные частицы субстрата не контактируют с кожей – жиропленка мягкой подушкой огибает их и не прорывается. Этот слой как пуховик с нейлоновым покрытием: протащи вас в нем по асфальту километр – ни царапины на коже не останется.

Несколько лет назад Горб рассказал об этом Байо на одном из симпозиумов по материалам и поверхностям. Он уже хотел схватить америкоса за пуховик и вытащить на асфальт, как вдруг тот предложил исследовать змеиные чешуи с помощью очень чувствительной спектроскопии, позволяющей глядеть на поверхности на нанометровом уровне. Вскоре ученые наладили переправку через океан – из Германии в Штаты – сброшенных при линьках кож калифорнийской королевской змеи (Lampropeltis californiae). Такая вот ирония: данный вид широко распространен на западе США, включая штат Орегон, но Джо Байо очень боится змей, так что работу с живыми рептилиями взял на себя немецкий Станислав.

В липидном слое брюшной чешуи (слева) молекулы расположены упорядоченно, а в липидном слое спинной чешуи (справа) – беспорядочно. Иллюстрация: Joe Baio.

Спектроскопия показала поразительные различия в строении липидных пленок спинных и брюшных чешуй. На спине жировой слой гораздо тоньше, липиды в нем раскиданы беспорядочно, а сами чешуи толще – потому как выполняют иные функции, например камуфляжную. На животе же липиды оказались выстроены в крайне упорядоченные ряды и колонны, перпендикулярные поверхности чешуи. Именно такая организация молекул обеспечивает жесткую внешнюю поверхность липидного слоя. «Я много занимаюсь разного рода химией, включая модификации биологических имплантатов для человеческого тела, – говорит Джо Байо. – И могу сказать, что создать такую четкую структуру действительно сложно».

У других змей, с которыми работали исследователи, была выявлена та же морфология липидного слоя. Теперь они хотят экспериментально проверить, действительно ли упорядоченное строение обеспечивает снижение трения. Источник липидов также остается для ученых тайной. Поскольку слой вроде как не снашивается, молекулы должны удерживаться вместе ковалентными связями либо постоянно секретироваться порами змеиной кожи.

Ответы на все эти вопросы позволят применить открытие на практике – например, в производстве змееподобных роботов, новых красящих материалов и износостойких покрытий. И возможно, уже совсем скоро кто-то осуществит кругосветку, проскользив по асфальту на одном пуховике и без единой мозольки.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: Inside Science, BBC
Научная статья: Journal of The Royal Society Interface (Baio et al., 2015)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Змея глядит на тебя чужими глазами
Могучие оползни разжижаются от вибраций
О гидродинамике дефекации


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение