Kad promatramo gekona, gmaza iz porodice guštera, kako gmiže po zidovima gore i dolje brzinom od nekoliko metara u sekundi, čini nam se da ima nekakve super moći kojima se odupire zakonu fizike. S lakoćom se penje po svim vrstama površina i na njima se može održati samo jednim prstom. Kako to uspijeva? To čudo evolucije je već u IV. st. pr. Kr. opazio grčki filozof Aristotel, a nije ostavilo ravnodušne ni današnje istraživače. Njegova sposobnost lijepljenja na površinu ne može, naravno, biti u suprotnosti sa zakonima fizike, koje je tek trebalo otkriti. Sve do 2002. godine stručnjaci su gekonovu sposobnost prianjanja pripisivali kapilarnim silama između podloge i dlačica na njegovim stopalima, kada su istraživanja pokazala da ta sila ne djeluju na svim površinama na kojima se gekon može kretati. Teorija je zbog toga bila odbačena. Daljnjim istraživanjima u kojima su se koristili elektronskim mikroskopom, dokazali su da su za pojavu suhog prianjanja zaslužne takozvane Van der Waalsove sile, koje djeluju između gekonovih dlačica i površine. Istraživanjima se pokazalo da se gekon pri prianjanju služi samo s 3% dlačica, što je i razumljivo. Naime, sve njegove dlačice ne mogu sudjelovati istovremeno jer se ne mogu sve istovremeno usmjeriti jednako, a na hrapavoj površini ne mogu sve dlačice jednakomjerno biti u dodiru s površinom. Sile prianjanja tih dlačica dovoljno su velike da i tako mali postotak gekonu omogućuje čvrsto prianjanje. Ostale dlačice mu itekako dobro dođu, naročito tijekom jakih tropskih vjetrova, kod obrane od grabežljivaca i kod mogućih padova, gdje se može uhvatiti za lišće ili granu. Prianjanje koje gekon uspostavlja s površinom je neposredno, i djeluje na svakoj površini (čak i u vakuumu ili pod vodom), pri čemu gekon ne ispušta ljepljive tvari.

Gekon---VelicinaMehanizam prianjanja na stopalima

Gekonova je tajna u neobičnom prirodnom mehanizmu koji je ta vrsta razvila. Naime, tijekom evolucije njihova stopala su se oblikovala na takav način da imaju na milijune suhih dlačica za hvatanje koje im omogućuju kretanje po skoro svakoj površini. To je jedan od najučinkovitijih i najprilagodljivijih mehanizama prianjanja koji omogućuje kretanje po hrapavim i glatkim površinama u svim smjerovima. Svaka dlačica na stopalu najviše istraživanog gekona duga je približno 110 µm i široka 4,2 µm, a vrh je dug otprilike 200 nm (jednako je širok), kraći je od valne duljine vidne svjetlosti. Sile koje omogućuju taj mehanizam prianjanja nazivaju se Van der Waalsove sile, zahvaljujući kojima se gekon na zidu drži samo jednim prstom. No, te sile zapravo su vrlo malene. Kako to da one gekona drže na površini, a čovjek se ne može zalijepiti svojim dlanom? Ključnu ulogu imaju upravo dlačice koje su toliko guste i tanke da je njihova ukupna kontaktna površina izvanredno velika, dok naš dlan, pritisnut na površinu zida, dotiče zid samo na nekoliko mjesta.

Van Der Waalsove sile

Van der Waalsove sile slabe su privlačne sile između molekula koje nastaju zbog nejednakomjernog rasporeda i gibanja elektrona u atomima molekula. Postoje tri vrste Van der Waalsovih veza: orijentacijske, indukcijske i disperzijske. Cjelokupna Van der Waalsova veza rezultat je utjecaja sve tri vrste veza. Kako bismo lakše objasnili te zakone, pojednostavit ćemo i zamisliti samo jednu dlačicu, pritisnutu uza zid. Naravno da se na kraju te dlačice nalazi više atoma, ali uzmimo za primjer samo jedan atom. On postaje polariziran (npr. pozitivan naboj se približava zidu) i zbog toga privlači elektron (negativan naboj) najbližeg atoma zida. Na takav način nastaje privlačna sila između pozitivnog i negativnog naboja. Budući da se na kraju dlačice nalaze tisuće atoma, oni svojim neprestanim gibanjem uspostavljaju neprekidnu privlačnu silu. Sila koja djeluje između pojedine dlačice i zida, prema izračunima iznosi otprilike 20 µN (mjerena je 40 µN [prof. Kellar]), a kako sva četiri stopala ukupno imaju oko 6,5 milijuna dlačica, to znači da je ukupna privlačna sila 130 N (koja bi mogla zadržati masu od 13 kg) . Tako je najveća masa s kojom bi se gekon mogao zadržati na zidu, 43 puta veća od njegove mase, što znači da bi bio sposoban zadržati se samo jednim prstom.

Gekon---SpidermanKako otpustiti taj snažan prijem?

Gekon se s lakoćom odlijepi od zida, i to u sićušnih 15 milisekundi. Kad pomakne nogu, povećava se udaljenost između dlačice i zida, pri čemu popuste slabe Van der Waalsove sile između molekula. Ali odlijepiti sve dlačice odjednom je preteško jer je zbroj svih sila velik. Kako pojedinačna dlačica malo znači u tom ukupnom broju, zadatak se pojednostavljuje ako se dlačice odljepljuju postupno. Zbog toga se gekon služi s dva mehanizma koji oslabljuju sile prijema. Jedan od mehanizama sličan je onome pri odljepljivanju ljepljive trake. Naime, gekon se pomiče tako da savija stopala, postupno ih diže od vrhova prstiju prema sredini stopala i tako prekida sile. Drugi mehanizam koji su znanstvenici otkrili jest da se s povećanjem kuta iznad 30° između površine podloge i dlačica, sile kidaju i stopalo se odljepljuje. Kako se taj kut povećava, povećava se napetost na vrhu dlačica, zbog čega se prekidaju privlačne sile između molekula.

Daljnja istraživanja

Usavršavanjem mjernih uređaja i povećanjem broja znanstvenih otkrića, otkrivamo sve više mogućnosti i mehanizme koje je priroda razvila za prilagodbu raznih oblika života na Zemlji. Budući da bi poznavanje tih sila čovjeku omogućilo dosad neslućene mogućnosti, istraživanja u tom smjeru nisu završila, što se vidi iz dugog popisa znanstvenih članaka objavljenih na tu temu. Proučavanje gekonova mehanizma prianjanja zahtijeva povezivanje različitih znanstvenih područja, od biologije i mehanike, sve do kvantne mehanike. Kako prirodu nije moguće uvijek kopirati pomoću umjetnih materijala, izgleda da je penjanje po stropu za čovjeka još uvijek nedostižno, ali ta otkrića otvaraju nove mogućnosti koje bi nam mogle pomoći prvenstveno na području medicine, tehnike i sporta.

Priredila: Jerica Jerič