Las patas de gecko están recubiertas de una capa ultrafina de lípidos que las ayudan a permanecer pegajosas

Una ilustración de una espátula de gecko, una estructura a escala nanométrica en los dedos del animal que contribuye a su agarre. Las hojas verdes representan proteínas de queratina. Los garabatos grises representan moléculas de lípidos. Basado en datos del microscopio sincrotrón del NIST. Crédito:Marianne Meijer/Arte y gráficos de Kerncraft

Los geckos son famosos por tener patas con agarre que les permiten escalar superficies verticales con facilidad. Obtienen este aparente superpoder de millones de estructuras microscópicas parecidas a pelos en los dedos de sus pies.

Ahora, los científicos se acercaron para observar más de cerca esas estructuras, llamadas setas, y descubrieron que están cubiertas por una película ultrafina de moléculas de lípidos que repelen el agua, de solo un nanómetro, o mil millonésimas de metro, de espesor.

Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) analizaron la superficie de las setas utilizando rayos X de alta energía emitidos por un tipo de acelerador de partículas llamado sincrotrón. El microscopio de sincrotrón mostró que las moléculas de lípidos recubren la superficie de las setas en conjuntos densos y ordenados.

Los lípidos pueden desempeñar un papel en este proceso porque son hidrofóbicos, lo que significa que repelen el agua. "Los lípidos podrían funcionar para empujar el agua debajo de las espátulas, permitiéndoles hacer un contacto más cercano con la superficie", dijo el físico y coautor Tobias Weidner de la Universidad de Aarhus en Dinamarca. "Esto ayudaría a los geckos a mantener su agarre en superficies mojadas".

Las setas y las espátulas están hechas de un tipo de proteína de queratina similar a la que se encuentra en el cabello y las uñas de los humanos. Son extremadamente delicados. Los investigadores demostraron que las fibras de queratina están alineadas en la dirección de las setas, lo que podría ayudarlas a resistir la abrasión.

Izquierda:Una pata de gecko. Medio:una micrografía electrónica de barrido de estructuras similares a pelos en los dedos de los pies de los gecos, llamadas setas, con "sp" que indica la ubicación de estructuras más pequeñas llamadas espátulas. Derecha:una vista de primer plano de una espátula individual. Crédito:Foto de la izquierda:Bjørn Christian Tørrissen, CC BY-SA 3.0; imágenes de microscopio:Stanislas Gorb/Universidad de Kiel.

"Para mí, lo más emocionante de este sistema biológico es que todo está perfectamente optimizado en todas las escalas, desde lo macro a lo micro y lo molecular", dijo el biólogo y coautor Stanislav Gorb de la Universidad de Kiel en Alemania. "Esto puede ayudar a los ingenieros biomiméticos a saber qué hacer a continuación".

"Puedes imaginar botas de gecko que no resbalen sobre superficies mojadas, o guantes de gecko para sujetar herramientas que están mojadas", dijo el físico y coautor del NIST, Dan Fischer. "O un vehículo que pueda correr por las paredes, o un robot que pueda correr a lo largo de las líneas eléctricas e inspeccionarlas".

El microscopio sincrotrón NIST que los investigadores usaron para analizar las setas es único en su capacidad para identificar moléculas en la superficie de un objeto tridimensional, medir su orientación y mapear su posición. Está ubicado en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., donde la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón II, un acelerador de partículas de media milla de largo, proporciona una fuente de rayos X de alta energía para la iluminación.

Este microscopio se usa típicamente para comprender la física de materiales industriales avanzados, incluidas baterías, semiconductores, paneles solares y dispositivos médicos.

"But it is fascinating to figure out how gecko feet work," Fischer said, "and we can learn a lot from nature when it comes to improving our own technology."

NIST physicists Dan Fischer (left) and Cherno Jaye at the NIST synchrotron microscope located at U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory. Credit:C. Weiland/NIST.

An international team of researchers published the findings in Biology Letters . An earlier companion paper, published in Physical Chemistry Letters , used the same technique to show how the individual protein strands that make up the setae are aligned.

"A lot was already known about how setae work mechanically," said NIST physicist and co-author Cherno Jaye. "Now we have a better understanding of how they work in terms of their molecular structure."

Geckos have inspired many products, including adhesive tapes with setae-like microstructures. Understanding the molecular features of setae might lead inventors who find inspiration in nature—a concept called biomimicry—to come up with even better designs.

Setae provide sticking power because they are flexible and assume the microscopic contours of whatever surface the gecko is climbing. Even smaller structures at the ends of the setae, called spatulae, make such close contact with the climbing surface that electrons in both materials interact, creating a type of attraction called van der Waals forces. To release its foot, which might otherwise stay stuck, the gecko changes the angle of the setae, interrupting those forces and allowing the animal to take its next step. + Explora más