По следам улитки
Улитка может передвигаться на своей пленке слизи, потому что секреция меняется между жидкой и твердой в зависимости от типа стресса. Благодаря этой важнейшей особенности их подвижной базы животные демонстрируют захватывающие трюки.
Улитки могут быть медленными, но они преодолевают почти все препятствия. Они карабкаются по вертикальным стенам, скользят по гладким поверхностям или поверхностям с острыми краями и даже могут ползти вверх ногами почти куда угодно. Они оставляют четкие следы в виде улиточной слизи. Они двигаются по ней, и это делает их тела такими скользкими, что их едва ли можно схватить.
Животные сбрасывают подушечку по мере необходимости вдоль стопы, которая проходит по всей брюшной стороне. Вот как они создают свое собственное дорожное покрытие уникальным способом. Это делает их в значительной степени независимыми от фактического субстрата, будь то ветки, листья, песчаная почва, паутина или оконные стекла.
Улитки фиксируют секрецию на любом природном материале, и даже искусственные супергидрофобные поверхности их с трудом замедляют. Тонкое покрытие толщиной всего в несколько десятков микрометров перекрывает даже щели. Если зазор слишком большой, животные превращают слизь в нить, которую просто спускают вниз по веревке.
Все это доказывает: слизь улитки не только обеспечивает чрезвычайно хорошее скольжение, но также устойчива к разрывам, выдерживает нагрузку и так же стабильна, как эластичное твердое тело. Физически это поперечно-сшитый гель, состоящий до 97% по весу из воды и оставшейся части высокомолекулярных белково-полисахаридных комплексов. Так что, хотя смесь содержит в основном воду, ее свойства далеки от типичного для ее поведения. Внешне они даже противоречат друг другу. Ни сопротивление разрыву, кажется, не совместимо со скольжением, ни оно не соответствует необходимости постоянно подталкивать себя, чтобы двигаться вперед. Потому что каждое движение требует, чтобы вы оттолкнулись от поверхности. Например, чем скользче каток, тем труднее двигаться по нему обычной ходьбой.
За многими повседневными вещами скрывается удивительная физика. Hans-Joachim Schlichting много лет отслеживает эти явления и объясняет их читателям "Spektrum der Wissenschaft" в своей колонке. Шлихтинг - профессор дидактики физики, до выхода на пенсию работал в Мюнстерском университете.
Как так называемая неньютоновская жидкость, слизь улиток может сочетать в себе различные требования. В покое гель твердый и липкий. Однако при сдвиге, т. е. горизонтальной силе, действующей вдоль пограничного слоя, он уступает при определенном уровне поперечной силы. Затем он переходит в жидкое, скользкое состояние. Однако это происходит только до определенной глубины, потому что слизь должна оставаться прочно прикрепленной к объекту, чтобы соскользнуть с его нижней стороны. Тщательно контролируя физические условия, винт может регулировать прочность по мере необходимости.
"Научитесь наблюдать за улитками" (Сьюзан Ариэль Рэйнбоу Кеннеди)
При ползании вперед по стопе пробегают волны. Они возникают в результате сокращений и расслаблений мышц, которые периодически распространяются сзади наперед. Опорная часть стопы прочно соединена с гелем в зоне его контакта. Оттуда мускулатура толкает остальную часть тела улитки вперед. В конце концов сила сдвига, действующая на слизь во время сокращения, превышает порог, при котором гель поддается и тает. Время совпадает с расслаблением мышечного элемента. Тем временем соседние секции сокращаются, и ранее закрепленная часть стопы скользит по теперь расплавленному фрагменту. Это создает квазинепрерывное движение.
Поскольку выделения остаются на земле, улитке приходится постоянно производить новые. Она не просто использует его, чтобы передвигаться. Он покрывает все тело, поддерживает его влажность и благодаря химическим добавкам отпугивает микробы и даже хищников. Многие потенциальные хищники избегают липкости или неприятного вкуса некоторых видов. В своем рассказе «Ein отвратительное животное» местный поэт Герман Лёнс (1866-1914) выразительно описал свое отвращение после того, как попробовал слизь улитки в эксперименте над собой. Там он даже смешивает свой опыт с физическими свойствами в одном месте, сообщая, что «перевозчики, которые плохо смазали, используют эти улитки вместо смазки для вагона; ибо я могу себе представить, что даже колесная ось из-за страха перед вторым изданием продолжает вести себя тихо.
Несмотря на разнообразие применений вязкоупругой жидкости, она имеет ряд недостатков для улиток. Помимо низкой скорости, это, прежде всего, экстремальные требования к материалам и энергии. Из-за огромной потребности в жидкости животные должны защищать себя от обезвоживания. Они предпочитают оставаться во влажных и тенистых местах и в основном ведут ночной образ жизни. В неблагоприятных условиях, таких как жара и сильно впитывающие поверхности, они иногда переходят на особо экономичную акробатику. Они периодически расстилают свой слизистый ковер и перескакивают с одного места на другое. Следы, оставленные сородичами, тоже охотно используются - что должно ускорить не только передвижение, но и поиск партнера.