问题

壁虎是如何吸附在光滑的墙壁上的?

回答
你有没有好奇过,那些小小的壁虎,是怎么像个特技演员一样,在光滑的玻璃或者墙壁上悠哉悠哉地爬行的?它们身上仿佛绑满了强力吸盘,但仔细看看,你只会发现它们的小爪子,上面并没有什么明显的吸盘结构。那这到底是怎么办到的呢?

这背后其实是一门精妙的物理学原理,主要归功于壁虎脚上那数不清的、细微到肉眼几乎看不见的“小毛发”。你可以想象一下,壁虎的一只脚,上面覆盖着成千上万,甚至数百万根这种细小的结构,它们叫做刚毛。别小看这些刚毛,它们可不是普通的毛,而是由角蛋白构成的,非常细,直径只有人类头发丝的几十分之一。

更神奇的是,每一根刚毛的顶端,又分叉成了成百上千个更小的、更细的指状结构,学名叫趾下板。你可以把它想象成无数个极其微小的“脚趾”,而每个“脚趾”的末端,又被进一步分成了更小的、扁平的端片。

正是这些极其微小的端片,成为了壁虎能在光滑表面上“黏住”的秘密武器。当壁虎把脚踩在墙壁上时,这些无数微小的端片就会以极小的角度,非常贴合地接触到墙壁的表面。

在这里,起主要作用的是一种叫做范德华力的微弱吸引力。你可能听过它,这种力在分子和原子之间普遍存在,即使它们之间没有直接的化学键连接。范德华力的大小虽然非常小,但它的关键在于“数量”。

想象一下,一个端片产生的范德华力微乎其微,但壁虎一只脚上有数百万个这样的端片,它们同时作用在墙壁上,就像千千万万个微型手臂在同时“拉扯”着墙壁一样。这些微弱的力累加起来,就形成了一股强大的合力,足以支撑住壁虎整个身体的重量,甚至还能让它们倒挂在天花板上。

而且,壁虎的厉害之处还在于,它们可以非常聪明地控制这些刚毛和指状结构的接触。当它们想要向上爬时,它们会稍微倾斜脚,让更多的端片接触到墙壁,增加吸附力。而当它们想要松开脚、移动到下一个位置时,它们会改变脚的角度,让一部分端片脱离墙壁,就像你弯曲手指一样,很容易就能抬起手。这种角度的细微调整,就能有效地“开关”这种吸附力,让壁虎能够快速而灵活地移动。

这种“吸附”方式,跟我们日常理解的吸盘是完全不同的。吸盘需要创造负压,或者有粘性的胶水才能工作。而壁虎的“粘性”完全是物理性的,它不需要任何胶水,也不依赖于负压。它是一种纯粹的接触力,而且这种接触力非常“干净”,不会留下任何痕迹。

正是因为有这些神奇的微观结构和范德华力的作用,壁虎才能拥有这份令人惊叹的“超能力”,在各种光滑的表面上畅行无阻,成为自然界中的一个小小奇迹。

网友意见

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壁虎到底是怎么黏在墙上,甚至是光滑的玻璃上的呢?

自亚里士多德时代以来,这个问题就一直是个让科学家们很闹心的悬案。

早些时候,科学家锁定了很多嫌疑人。例如壁虎通过分泌粘稠物、吸盘、小倒钩等来吸附在墙壁上。随着电子显微镜的普及,我们发现,壁虎脚下并不分泌粘稠物(毒液你被无罪释放了),也不长吸盘(章鱼博士这里没你事了)或小倒钩(蜘蛛侠你也可以回家了)。实际上,壁虎脚下长的,是一根根纤细的绒毛:

科学家心里一阵MMP,这不按套路出牌啊,一堆绒毛咋也能黏在玻璃上。

随着上述嫌疑人被逐一排除,科学家只好根据壁虎的毛腿,重新确定了两个新的嫌犯:

1、壁虎通过润湿脚底,靠水的毛细作用力粘在墙上。

简单的说,水和壁虎的绒毛之间存在吸引力。绒毛越细,这种吸引力越明显。

不过,水和墙壁之间的吸引力取决于墙壁的材料。水分子和亲水性材料比较来电,和疏水性材料就不怎么擦得出火花了。

2、壁虎通过范德瓦尔斯力抓住墙壁

范德瓦尔斯力来自相邻分子或原子之间电荷分布的波动。不管亲水疏水都能产生这种波动,所以范德瓦尔斯力不挑食,什么墙壁材料都粘上去。

2002年,UCB的科学家做了一组对比(原文见:Evidence for van der Waals adhesion in gecko setae),分别测试了壁虎在二氧化硅(亲水)和砷化镓(疏水)材料上的黏附,发现蜥壁虎的脚在两种材料上的粘性差不多。证明范德瓦尔斯力是吸附墙壁的罪魁祸首。

范德瓦尔斯,这次罪证确凿,我看你还有什么可说的。


再多说两句问题相关的。

纯粹的计算机模拟,不能验证任何理论。

用丁仲礼院士的话说,“计算机算就是相当于算命先生的那个水晶球”。它只能为你提供一种可能的理论猜想。算出来的结果对不对,最终还是要靠实验来检测。


最后安利一下自己的干货回答收藏夹:

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