Gekko's staan ​​bekend om hun gripvaste voeten waarmee ze gemakkelijk verticale oppervlakken kunnen beklimmen. Ze krijgen deze schijnbare superkracht van miljoenen microscopisch kleine, haarachtige structuren op hun tenen.

Nu hebben wetenschappers ingezoomd om die structuren, setae genaamd, nog beter te bekijken en ontdekten dat ze zijn gecoat in een ultradunne film van waterafstotende lipidemoleculen van slechts één nanometer of miljardsten van een meter dik.

Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) analyseerden het oppervlak van de setae met behulp van hoogenergetische röntgenstralen die werden weggeslingerd door een soort deeltjesversneller, een synchrotron genaamd. De synchrotronmicroscoop toonde aan dat de lipidemoleculen het oppervlak van de setae in dichte, geordende reeksen bekleden.

Lipiden kunnen een rol spelen in dit proces omdat ze hydrofoob zijn, wat betekent dat ze water afstoten. "De lipiden zouden kunnen werken om water onder de spatels weg te duwen, waardoor ze nauwer contact kunnen maken met het oppervlak", zei natuurkundige en co-auteur Tobias Weidner van de Universiteit van Aarhus in Denemarken. "Dit zou gekko's helpen hun grip op natte oppervlakken te behouden."

De setae en spatels zijn gemaakt van een soort keratine-eiwit dat vergelijkbaar is met dat van mensenhaar en vingernagels. Ze zijn uiterst delicaat. De onderzoekers toonden aan dat de keratinevezels zijn uitgelijnd in de richting van de setae, wat hen zou kunnen helpen weerstand te bieden aan slijtage.

"Het meest opwindende voor mij aan dit biologische systeem is dat alles perfect is geoptimaliseerd op elke schaal, van macro tot micro tot moleculair", zegt bioloog en co-auteur Stanislav Gorb van de universiteit van Kiel in Duitsland. "Dit kan biomimetische ingenieurs helpen om te weten wat ze moeten doen."

"Je kunt je gekkolaarzen voorstellen die niet wegglijden op natte oppervlakken, of gekkohandschoenen voor het vasthouden van gereedschap dat nat is", zegt NIST-natuurkundige en co-auteur Dan Fischer. "Of een voertuig dat tegen muren op kan rijden, of een robot die langs hoogspanningsleidingen kan rijden en deze kan inspecteren."

De NIST-synchrotronmicroscoop die de onderzoekers gebruikten om de setae te analyseren, is uniek in zijn vermogen om moleculen op het oppervlak van een driedimensionaal object te identificeren, hun oriëntatie te meten en hun positie in kaart te brengen. Het bevindt zich in het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, waar de National Synchrotron Light Source II, een deeltjesversneller van een halve mijl lang, een bron van hoogenergetische röntgenstraling voor verlichting levert.

Deze microscoop wordt meestal gebruikt om de fysica van geavanceerde industriële materialen te begrijpen, waaronder batterijen, halfgeleiders, zonnepanelen en medische apparaten.

"Maar het is fascinerend om erachter te komen hoe gekkovoeten werken," zei Fischer, "en we kunnen veel leren van de natuur als het gaat om het verbeteren van onze eigen technologie."

Een internationaal team van onderzoekers publiceerde de bevindingen in Biology Letters . Een eerdere begeleidende paper, gepubliceerd in Physical Chemistry Letters , gebruikte dezelfde techniek om te laten zien hoe de individuele eiwitstrengen waaruit de setae bestaat, zijn uitgelijnd.

"Er was al veel bekend over hoe setae mechanisch werken", zegt NIST-natuurkundige en co-auteur Cherno Jaye. "Nu hebben we een beter begrip van hoe ze werken in termen van hun moleculaire structuur."

Gekko's hebben veel producten geïnspireerd, waaronder plakband met setae-achtige microstructuren. Het begrijpen van de moleculaire kenmerken van setae kan uitvinders die inspiratie vinden in de natuur - een concept dat biomimicry wordt genoemd - ertoe brengen om nog betere ontwerpen te bedenken.

Setae bieden kleefkracht omdat ze flexibel zijn en de microscopische contouren aannemen van het oppervlak dat de gekko beklimt. Zelfs kleinere structuren aan de uiteinden van de setae, spatels genaamd, maken zo nauw contact met het klimoppervlak dat elektronen in beide materialen op elkaar inwerken, waardoor een soort aantrekkingskracht ontstaat die van der Waals-krachten wordt genoemd. Om zijn voet los te laten, die anders vast zou blijven zitten, verandert de gekko de hoek van de setae, waardoor die krachten worden onderbroken en het dier zijn volgende stap kan zetten. + Verder verkennen

Gecko-onderzoek biedt bewijs dat kleine morfologische veranderingen kunnen leiden tot grote veranderingen in functie