Мікроструктура шкіри гекона також вбиває бактерії

Гекони добре відомі своєю здатністю прилипати практично до всього – вони навіть можуть ходити догори ногами по полірованому склу.Гекон, зображений тут, – це гекон токей, або токі (Gekko gecko). Його було обрано для ілюстрації статті, оскільки він є більш фотогенічним, ніж гекон із коробкоподібним візерунком (гекон Штайндахнера).

Лише в цьому тисячолітті було розкрито секрет липкості гекона: його лапи вкриті надзвичайно тонкими волосинками, які використовують надкороткодіючі притягальні сили між атомами.^{1 2} Вони не застрягають, бо волосинки вигнуті та зберігають енергію, наче пружина.^{3 4}

Лапки гекона також самоочищаються⁵ й надихнули на створення абсолютно нового типу клейкої стрічки, що самоочищується.^{6 7} Цю конструкцію використали для створення клею з вуглецевих нанотрубок, який можна наносити на плати без сильного нагріву, необхідного для паяння.⁸

Репелентна шкіра

Нещодавно команда вчених з університетів Квінсленда, Австралія, включно із чоловіком й дружиною – докторів Грегорі та Йоланти Вотсон, проаналізували гекона Штайндахнера – Lucasium steindachneri. Вони виявили не менш чудову наноструктуру на шкірі гекона. Але замість того, щоб притягувати, вона відштовхує.

Шкіра цієї тварини покрита крихітними куполоподібними лусочками діаметром близько 250 мікрон (мкм), розташованими у вигляді шестикутника (1 мкм = 10⁻⁶ м). Своєю чергою, ці лусочки складаються з мікроскопічних шипів («волосинок») завдовжки від кількох сотень до кількох тисяч нанометрів (нм, 10⁻⁹ м), а відстань між ними становить менш як мікрон. Ці волосинки мають надзвичайно тонкий кінчик, радіус кривизни якого становить лише 10-20 нм. Між лусочками шкіра також вкрита «шипами-волосинками».⁹

Нано-кінчики «волосинок» означають, що частинки бруду мають лише крихітну поверхню для прилипання, тому шкіра залишається чистою. Волосинки також відштовхують воду, роблячи шкіру гідрофобною (з грецької – «страх води»).

Крихітні куполоподібні лусочки важливі ще й тому, що крихітні крапельки води скочуються вниз між ними. Гравітація й вітер змушують ці краплі скочуватися ще більше, й у цьому процесі лусочки очищаються від бруду.¹⁰

«Гековесценція»

Вищеописані краплі збираються разом з вражаючим ефектом. Краплі утримуються разом завдяки поверхневому натягу, або високій енергії на одиницю площі.

Коли дві маленькі краплі об'єднуються в одну більшу, їхня поверхня різко зменшується, а отже, різко зменшується й загальна поверхнева енергія. Але відтоді, як Бог закінчив творити після шостого дня (Буття 2:1), енергія не може бути ні створена, ні знищена (Перший закон термодинаміки). Тому вона має кудись переходити – й вона йде на те, щоб відштовхувати краплі від поверхні. Цей процес називається «гековесценція».¹¹

Завдяки цьому шкіра гекона настільки водовідштовхувальна, що її називають «супергідрофобною». Вона також відштовхує інші рідини, як-от кава, соєвий соус, оцет, червоне вино, молоко, кола та кров.¹²

Антибактеріальна шкіра

Оскільки гекони такі маленькі, в них велика площа поверхні шкіри порівняно з їхньою масою. Це було б відкритим запрошенням для хвороботворних мікробів, якби не структура шкіри, яка швидко вбиває м'якостінні «грам-негативні» бактерії, що найчастіше є найнебезпечнішими.

Деяке уявлення про механізм може дати крило цикади, що вбиває мікробів, яке має наностовпчики набагато меншого розміру, ніж мікроби. Робота групи, до якої входять Вотсони, показує, що мікроб притягується до поверхні, але клітинна стінка розтягується в проміжках між стовпчиками та згодом тріскає.^{13 14} Однак на людські клітини шкіри це не діє.

Копіювання дизайну

Зараз вчені намагаються створити матеріали, що копіюють структуру шкіри гекона. Для водовідштовхувальної тканини, що самоочищається, знайдеться безліч застосувань, а її антибактеріальні властивості будуть особливо корисні в лікарнях.

Шкіра гекона не тільки антибактеріальна, а й безпечна для людської шкіри. А оскільки вона безпечна для людських клітин, її можна використовувати для біосумісних імплантатів, які протистоятимуть «суперінфекції»,¹⁵ а також як поверхню для вирощування стовбурових клітин людини.^{16 17}

Створені чи еволюціонували?

Копіювання конструкцій живих істот називається біоміметикою або біомімікрією. Ця галузь швидко розвивається.¹⁸ Доктор Грегорі Вотсон зазначив, наскільки це корисно:

«Природа вже придумала найкращі способи вирішення певних проблем. Нам залишається тільки наздогнати її й зрозуміти, як змусити її працювати на нас. Моя філософія завжди була така: навіщо винаходити колесо, якщо можна зрозуміти, як воно працює».

Звісно, «природа» не може нічого придумати. Це може зробити тільки інтелект. І якщо для створення копій потрібен високий інтелект, то наскільки більше його знадобиться для винаходу оригіналів?

В іншій статті повідомляється:

«Йоланта Вотсон вважає, що це явище могло розвинутися, щоб запобігти процвітанню вологолюбних мікробів на шкірі ящірки, а також може працювати як механізм самоочищення».¹⁹

Як ми часто бачимо в роботах з біоміметики, в цьому випадку данину поваги без будь-яких фактів віддають еволюції. Насправді, це заява про поточну функцію, яка краще пояснюється дизайном. Не було ні найменшої пропозиції про те, як ця система розвивалася шляхом випадкових мутацій й природного добору на кожному етапі, не кажучи вже про докази.

Ми часто вказували на те, що пояснення функції або переваги ознаки – це зовсім не те саме, що пояснення того, як вона з'явилася.²⁰