壁虎：我只是個(gè)平平無奇的武林天才罷了

記得兒時(shí)的夏日，偶爾會在家里的墻壁和屋頂上看到爬來爬去覓食的壁虎，無論垂直的墻壁、高高的天花板甚至是光滑的玻璃，它們飛檐走壁，如履平地。

飛檐走壁的技術(shù)支持

最初，科學(xué)家們猜測壁虎的腳底是不是存在某種粘液或者吸盤，使得它們的腳可以緊緊地粘在物體表面，但既然粘性很大，它們又是如何在不同物體表面進(jìn)行移動的呢？2000年，發(fā)表于《自然》雜志的一項(xiàng)研究第一次讓我們看到了壁虎與眾不同的腳掌。

科學(xué)家們對大壁虎（Gekko gecko）的研究發(fā)現(xiàn)，壁虎的腳掌并非平坦光滑的，沒有粘液，也沒有吸盤。相反，腳掌上充滿了褶皺，每只壁虎的腳有5個(gè)趾頭，每個(gè)趾頭上有大約20個(gè)重疊薄片結(jié)構(gòu)（lamellae），每個(gè)層狀結(jié)構(gòu)都是由直徑約5微米、長約110微米的剛毛（setae）構(gòu)成，而在每根剛毛的末端則又分出了100-1000個(gè)長約200納米的絨毛（spatula），而這些一級一級的結(jié)構(gòu)共同組成了壁虎腳掌吸附系統(tǒng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

大壁虎腳掌的結(jié)構(gòu) | 參考文獻(xiàn)[4]

那么，這套系統(tǒng)能否產(chǎn)生足夠的吸附力支持壁虎在任何表面上閑庭信步呢？科學(xué)家們對壁虎腳掌所能產(chǎn)生的吸附力進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)剛毛與接觸物體表面之間的相互作用（范德華力）產(chǎn)生了吸附，單根剛毛能產(chǎn)生的平均最大吸附力約200微牛頓，盡管這種分子間作用力較弱，但如果壁虎同時(shí)使用一只腳上的所有剛毛，并且達(dá)到最大吸附，那么單腳可產(chǎn)生100牛頓的吸附力——差不多單腳吸在墻上，就能帶起約10千克重的物體。

不過，實(shí)際上壁虎并不會同時(shí)使用所有剛毛，每根剛毛也不一定達(dá)到最大吸附值，因此，實(shí)際測量到壁虎肢體吸附力約在1.33牛頓到8.12牛頓間，而這也足以將它們幾十克、至多百來克的身體掛在墻上了。

和腳掌相似的粘性尾巴

除了飛檐走壁，有21個(gè)屬的壁虎還掌握著另一門絕技——倒掛金鐘。它們的尾巴足以支持體重，讓它們可以倒掛在物體上。

倒掛金鐘的睫角守宮 | Twitter @tony_gamble1

睫角守宮（Correlophus ciliatus）就是掌握這門“武林”絕學(xué)的一員。2021年6月，來自美國馬凱特大學(xué)（Marquette University）的托尼·甘布勒教授（Tony Gamble）帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《皇家學(xué)會報(bào)告B》上的一項(xiàng)研究，為我們揭開了睫角守宮倒掛金鐘的秘密。

托尼·甘布勒教授團(tuán)隊(duì)使用掃描電子顯微鏡對睫角守宮的尾巴進(jìn)行了觀察，他們發(fā)現(xiàn)了與壁虎腳趾上非常相似的結(jié)構(gòu)：尾巴腹側(cè)遠(yuǎn)端的尖端由長長的、末端分支的剛毛覆蓋著，這個(gè)區(qū)域在最遠(yuǎn)端的13~16排層狀結(jié)構(gòu)形成了吸附墊（tail pad），而近端的鱗片則由短且不分支的小刺構(gòu)成。在剛毛的密度上，尾巴與腳趾上非常接近。

睫角守宮的尾巴 | 辦公室同事供圖

睫角守宮尾巴掃描電鏡圖 | 參考文獻(xiàn)[5]

經(jīng)過測量，尾巴可以產(chǎn)生0.22牛頓到1.19牛頓的吸附力，并且隨身形的增大而增加。體型最大的壁虎尾巴可以提供自身重量2.45倍的吸附力，而中等大小的壁虎尾巴能提供自重5.57倍的吸附力。

睫角守宮依靠尾巴倒掛 | 參考文獻(xiàn)[5]

尾巴上的吸附結(jié)構(gòu)是什么時(shí)候產(chǎn)生的呢？研究者們通過對睫角守宮胚胎發(fā)育中腳趾和尾巴進(jìn)行掃描電鏡成像，為我們完整地展現(xiàn)了尾巴吸附結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生過程。尾巴尖的形狀在整個(gè)發(fā)育過程中出現(xiàn)了很大的變化，起初是尖尖的，而后末端逐漸變得寬且鈍。尾巴上吸附墊的發(fā)育與腳趾吸附墊的發(fā)育同步，并且發(fā)育過程中經(jīng)歷的主要步驟都非常相似。從演化角度來講，科學(xué)家們認(rèn)為尾巴吸附墊與腳趾吸附墊可能具有系列同源性，就像人類的胳膊和腿是同源的。

睫角守宮腳趾和尾巴的發(fā)育 | 參考文獻(xiàn)[5]

不過，這條具有粘性的尾巴也不是“完美”的。斷尾是絕大多數(shù)壁虎的一項(xiàng)基本技能，在受到驚嚇時(shí)可以迅速將身體與尾巴分離、逃脫，經(jīng)過一段時(shí)間尾巴可以再生出來。然而科學(xué)家們在實(shí)驗(yàn)中觀察到，睫角守宮這種具有吸附墊的尾巴似乎喪失了再生的本領(lǐng)，在斷尾后，再也無法再生出一條完整的尾巴了。既然獲得了倒掛金鐘這門武林絕學(xué)，就好好珍惜吧。

參考文獻(xiàn)

[1]Autumn K, Sitti M, Liang Y A, et al. Evidence for van der Waals adhesion in gecko setae[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002, 99(19): 12252-12256.

[2]Autumn K, Liang Y A, Hsieh S T, et al. Adhesive force of a single gecko foot-hair[J]. Nature, 2000, 405(6787): 681-685.

[3]Yu J, Chary S, Das S, et al. Gecko‐inspired dry adhesive for robotic applications[J]. Advanced Functional Materials, 2011, 21(16): 3010-3018.

[4]Hansen W R, Autumn K. Evidence for self-cleaning in gecko setae[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2005, 102(2): 385-389.

[5]Griffing A H, Sanger T J, Epperlein L, et al. And thereby hangs a tail: morphology, developmental patterns and biomechanics of the adhesive tails of crested geckos (Correlophus ciliatus)[J]. Proceedings of the Royal Society B, 2021, 288(1953): 20210650.

[6]https://www.iflscience.com/plants-and-animals/crested-geckos-have-sticky-tails-that-can-hold-five-times-their-weight/

作者：郭懌暄

編輯：悲催的鉈寶寶 酥魚

排版：洗碗

題圖來源：@AaronHGriffing/Twitter

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