[論文レビュー] Is viscous adhesion strong enough to allow prey capture by chameleons

Fabian Brau, Déborah Lanterbecq+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2014

Animal Vocal Communication and Behavior被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、カメレオンが、人間の唾液よりも400倍も粘性の高い、非常に粘り気のあるムコスを用いることで、舌の回収中に強い付着力を発揮し、効果的な獲物捕獲を達成することを示している。力学的モデルは、高いムコスの粘性と広い接触面積のおかげで、カメレオンの体サイズに比例した獲物を、剥離が生じない範囲で捕獲できることを確認している。

ABSTRACT

Chameleons are able to capture very large preys by projecting the tongue and retracting it once it is in contact with preys. A strong adhesion between the tongue tip and the prey is therefore required during the retraction phase to ensure a successful capture. To determine the mechanism responsible for this strong bond, the viscosity of the mucus produced at the chameleon's tongue pad is measured by using the viscous drag exerted on rolling beads by a thin layer of mucus. The viscosity of this secretion is found to be about 400 times larger than the one of human saliva. With a dynamical model for viscous adhesion describing the motion of the compliant tongue and of the prey during the retraction phase, the evolution of the maximum prey size with respect to the chameleon body length is derived. This evolution is successfully compared with in vivo observations for various chameleon species and shows that the size of the captured preys is not limited by viscous adhesion thanks to the high mucus viscosity and the large contact area between the prey and the tongue.

研究の動機と目的

• 粘性接着がカメレオンが大きな獲物を捕獲するのに十分であるかどうかを調査すること。
• ローリングビーズを用いた粘性抵抗を用いて、カメレオンの舌のムコスの粘度を測定すること。
• 舌の回収を予測するための力学的モデルを構築すること。
• 複数のカメレオン種において、モデルの予測と生体内的観察を比較すること。
• 粘性接着が獲物のサイズを制限する要因であるのか、それともムコスの特性のおかげで十分であるのかを特定すること。

提案手法

• 舌の表面に薄いムコス層を形成し、その上を転がるビーズの粘性抵抗を測定することで、ムコスの粘度を測定した。
• 舌のたわみと獲物の運動を再現する、力学的モデルを構築した。
• 高いムコスの粘度（人間の唾液の400倍）と広い接触面積をモデルに組み込んだ。
• カメレオンの体長と最大獲物サイズとの理論的関係を導出した。
• 複数のカメレオン種における観察された獲物サイズと、モデルの予測を照合して検証した。
• 実験的に得られた粘度データを理論モデルの入力として用い、接着強度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カメレオンの舌の回収中に、粘性接着が獲物の剥離を防げるほど強いのか？
• RQ2 カメレオンの舌のムコスの粘度は、人間の唾液のそれと比べてどの程度か？
• RQ3 ムコスの粘度と接触面積が、最大獲物サイズにどの程度の影響を及ぼすのか？
• RQ4 粘性接着の理論的モデルは、カメレオンの現実の獲物捕獲行動と一致するか？
• RQ5 粘性接着だけが、さまざまなカメレオン種が捕獲する獲物のサイズを説明できるのか？

主な発見

• カメレオンの舌先のムコスは、人間の唾液の約400倍の粘度を示している。
• 力学的モデルは、獲物サイズとカメレオンの体長とのスケーリング関係をうまく予測している。
• 高いムコスの粘度のおかげで、大きな獲物に対しても、接着剥離が生じない。
• 舌と獲物との間の広い接触面積が、接着強度を高めている。
• モデルは、粘性接着が体サイズに比例した獲物捕獲に十分であることを確認している。
• 生体的観察結果と理論的予測が一致しており、粘性接着が制限要因ではないことが示されている。