[논문 리뷰] Is viscous adhesion strong enough to allow prey capture by chameleons

Fabian Brau, Déborah Lanterbecq외 3명|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 22.

Animal Vocal Communication and Behavior인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 초파리가 매우 점성 있는 점액(인간 타액보다 400배 높은 점성)을 통해 효과적인 먹이 사냥을 한다는 것을 입증한다. 이는 혀를 수축할 때 강한 점착력을 유지할 수 있게 해주며, 역학적 모델은 높은 점성과 넓은 접촉 면적 덕분에, 뱀의 몸집에 비례하여 먹이를 사냥할 수 있으며 점착 실패 없이도 가능하다는 것을 확인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 점성 점착력이 초파리가 큰 먹이를 사냥하는 데에 충분한지 조사하기 위해.
• 굴러 가는 구슬을 이용해 초파리 혀의 점성도를 측정하기 위해.
• 최대 먹이 크기를 예측하기 위해 혀 수축 과정의 역학적 모델을 개발하기 위해.
• 다양한 초파리 종에서의 관찰 결과와 모델 예측을 비교하기 위해.
• 점성 점착력이 먹이 크기를 제한하는지, 아니면 점액의 특성 덕분에 충분히 강력한지 판단하기 위해.

제안 방법

• 미끄러지는 구슬을 얇은 점액 층 위를 굴려 점액 점성도를 측정하였다.
• 수축 가능한 혀와 먹이의 운동을 고려한 역학적 모델을 개발하였다.
• 높은 점성도(인간 타액의 400배)와 넓은 접촉 면적을 모델에 통합하였다.
• 초파리 몸길이와 최대 먹이 크기 사이의 이론적 관계를 유도하였다.
• 다양한 초파리 종에서 관측된 먹이 크기와 모델 예측을 비교하여 검증하였다.
• 이론적 모델에 실험적 점성도 데이터를 입력하여 점착력 강도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초파리 혀 수축 중에 먹이가 분리되지 않도록 하는 데에 점성 점착력이 충분한가?
• RQ2 초파리 혀 점액의 점성은 인간 타액과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ3 점액의 점성도와 접촉 면적이 최대 먹이 크기에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 점성 점착력의 이론적 모델이 실제 초파리의 먹이 사냥 관찰과 일치하는가?
• RQ5 점성 점착력만으로 다양한 초파리 종이 사냥하는 먹이의 크기를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 초파리 혀 끝의 점액 점성도는 인간 타액보다 약 400배 높다.
• 역학적 모델은 초파리 몸길이에 따른 먹이 크기의 관측된 스케일링을 성공적으로 예측한다.
• 높은 점성도로 인해 큰 먹이를 수축 중에도 점착 실패가 발생하지 않는다.
• 혀와 먹이 사이의 넓은 접촉 면적이 점착력 강도를 높인다.
• 모델은 점성 점착력이 몸집에 비례한 먹이를 사냥하는 데에 충분하다는 것을 확인한다.
• 실제 관찰 결과와 이론적 예측이 일치하여, 점성 점착력이 제한 요소가 아니라는 것을 시사한다.