Iedereen die een gekko heeft gezien, weet waarschijnlijk dat ze muren kunnen beklimmen. Maar deze gewone hagedissen kunnen ook bijna net zo snel over water rennen als op vaste grond. Maar hoewel we weten hoe gekko's gladde verticale oppervlakken schalen met behulp van talloze kleine haartjes op hun voeten, setae genaamd, hoe ze erin slagen te voorkomen dat ze in het water zinken, was tot nu toe een mysterie. Mijn collega's en ik hebben onlangs een onderzoek afgerond waarin wordt uitgelegd hoe gekko's een combinatie van technieken gebruiken om deze geweldige prestatie te leveren.

Het vermogen om over water te lopen is geregistreerd bij kleinere dieren zoals de schaatsenrijder, die licht genoeg zijn om te worden opgehouden door de oppervlaktespanning van het water, de kracht tussen de watermoleculen aan het oppervlak. In de tussentijd, grotere dieren zoals de fuut, kunnen over water lopen omdat ze krachtig genoeg zijn om met hun voeten op het oppervlak te slaan terwijl ze rennen. De snelle beweging duwt het water onder de voet naar beneden, waardoor er een luchtzak omheen ontstaat. De opwaartse kracht die ontstaat wanneer deze zak onder water wordt geduwd, zorgt ervoor dat het dier kort aan het oppervlak blijft hangen.

Maar gekko's zijn meestal een maat die tussen deze twee categorieën valt. Ze zijn te zwak om zichzelf overeind te houden door alleen op het oppervlak te slaan en te zwaar om het wateroppervlak ononderbroken te laten. Toch benadert hun relatieve waterloopsnelheid die van een andere bekende waterloophagedis, de basilisk (of "Jezus hagedis"), die wel afhankelijk is van de slapping-techniek.

Eerste berekeningen lieten doorschemeren, en video-analyse bevestigd, dat, in tegenstelling tot andere soorten die zich aan het wateroppervlak bewegen, gekko's gebruiken een combinatie van technieken om sneller op het water te bewegen dan ze kunnen door er doorheen te zwemmen. Door video's te analyseren van gekko's die over het water bewegen, we ontdekten dat hun gang vergelijkbaar was met die van de basilisk. Elke stap omvat het terugtrekken van de voet door de lucht, het oppervlak slaan, en strelen onder het water.

Maar in tegenstelling tot basilisken, die niet worden beïnvloed door veranderingen in de oppervlaktespanning van het water, onze experimenten toonden aan dat de snelheid en hoofdhoogte van gekko's met de helft verminderden toen we wasmiddel aan het water toevoegden, het verminderen van de oppervlaktespanning. Dit suggereert dat ze de krachten tussen de watermoleculen in ieder geval gedeeltelijk gebruiken om boven het oppervlak te blijven.

We ontdekten ook dat gekko's cruciaal gebruik maken van een combinatie van hydrostatische kracht (de opwaartse druk van het water dat bekend staat als drijfvermogen) en hydrodynamische kracht (de lift die wordt gecreëerd door beweging over het wateroppervlak zoals in een motorboot die het oppervlak afschuimt). Samen, deze krachten genereren extra lift voor de gekko, een aandoening die bekend staat als semi-planing.

Steek in de staart

Voor alle vindingrijkheid van deze multitasking-aanpak, gekko's kunnen alleen hun hoofd en romp volledig boven water houden, hun staarten eronder latend. Bijna net zo snel kunnen bewegen als op het land wanneer bijna de helft van je lichaam onder water is en geconfronteerd wordt met meer weerstand en weerstandskrachten is een hele prestatie - vraag het maar aan Michael Phelps.

Gekko's beheren dit door hun staart te gebruiken, waarvan al is aangetoond dat het hen helpt bij het manoeuvreren rond obstakels, spring en ontsnap aan roofdieren. Van bovenaf gezien terwijl het over het water reist, de gekko kan op een krokodil lijken, zijn lichaam en staart bewegend met een golfbeweging om voortstuwing te creëren om de achterwaartse trekkracht van het water in evenwicht te brengen.

Ons onderzoek toont aan dat voor middelgrote dieren om snel langs het wateroppervlak te bewegen een complexe en slimme combinatie van fysieke mechanismen nodig is, waarvan eerder werd gedacht dat ze alleen bij grotere en kleinere dieren voorkomen. Maar het zou ook kunnen bijdragen aan betere ontwerpen voor op dieren geïnspireerde robots.

Eerdere studies over gekko's hebben verschillende van dergelijke "biomimetische" inspanningen geïnspireerd, van betere lijmen tot een behendige (en behoorlijk schattige) robotauto met staart, toepasselijk Tailbot genoemd. Een beter begrip van hoe dieren over complexe terreinen reizen, zal hopelijk leiden tot robots die deze technieken kunnen gebruiken om zowel op het land als op het water te bewegen met de hoge prestaties die worden gezien in gekko's.