水

这把我引向了另一条道路。鉴于范德瓦耳斯力依赖于表面之间的密切接触，那么在潮湿环境中，比如斯塔克教授提到的塔希提雨林，又会发生什么呢？水的存在是否会改变壁虎的抓地能力？或者像我用专业的口吻问她的那样，湿壁虎能抓住东西吗？斯塔克是谈论这个问题的最佳人选。她与同事一道花了几年时间探索表面的水对壁虎黏附力的影响，以便更好地了解它在现实世界中能发挥什么作用。她首先测量了大壁虎在三种玻璃样本上的黏附力（干燥的、有水滴的和完全浸泡在水中的）。他们将大壁虎分别放在这三个表面，然后用一个微小的电动线束（是的，真的）轻轻地向后拉，直到它们的四只脚都移动了。这让研究人员可以测量克服壁虎黏性所需的力——被称为最大剪切黏附力。

他们发现大壁虎在潮湿的玻璃表面上黏附表现显著下降。“这让我们感到惊讶，尤其是考虑到许多壁虎种类都生活在湿度大、降水多的环境中，”斯塔克说，“当大壁虎所有脚都被完全浸泡时，我们测量了其最低黏附力，因此水肯定干扰了基于范德瓦耳斯力的黏附所需的紧密接触。”不过她也坦言，这种情况在野外可能并不常见。“事实上，壁虎更有可能与有水雾的表面接触，而不是在大雨中外出，一脚踩进深水坑。”即便如此，斯塔克在有水雾表面上测得的力（或者黏性）比在干燥玻璃上行走的脚趾干爽的壁虎的要小。在大多数情况下，它们仍然有足够的抓持力来支撑自身重量，但随着环境变得越来越潮湿，壁虎的黏附力开始减弱。这是怎么回事？

在第1章中，我们了解到液体黏附在表面的能力与表面能或者润湿性有很大关系。壁虎的脚趾垫是超疏水的。它们对水的排斥非常有效，所以当壁虎把脚伸进水坑时，脚趾周围会形成一个小小的空气袋。水被推开，脚趾保持干燥。不过这种排水能力也有其局限性，这取决于壁虎最终踏上的表面。在斯塔克的研究中，她专注于玻璃表面，而这种表面是亲水的。当壁虎的脚接触到湿玻璃时，它不能完全推开所有的水，于是就像斯塔克所解释的那样，这中断了向壁虎提供大部分抓持力的范德瓦耳斯力。此外，壁虎的脚被浸没在水中30分钟后，它们的脚趾似乎也暂时失去了卓越的防水性。水涌入皮褶，进一步降低了它们的抓持力，让玻璃看起来更加滑溜。

但如果表面是疏水的，壁虎面对的一切就变得容易了。在这种情况下，它的脚和表面都排斥水，因此它们之间的接触是干燥、有效的。这对壁虎来说是理想环境——在没有水的情况下，它的刚毛和铲状匙突都可以用来黏附。这也反映了许多物种在野外遇到的环境：从蜡质的树叶到树干，疏水性表面在自然界是很常见的。重要的是，壁虎奔跑远比行走频繁，斯塔克后来证实这有助于它们更有效地从脚趾排出水分。

意识到润湿性是壁虎抓持力的一个关键因素，一些研究小组开始探索壁虎在人工疏水表面上的表现——最著名的是20世纪60年代末首次讨论的壁虎与特氟龙的对决。德国科学家乌韦·希勒（Uwe Hiller）的实验表明，像特氟龙这样具有疏水性、低表面能的材料对壁虎来说太滑了，无法攀爬。即使他用带电粒子轰击特氟龙，稍微增加了其表面能，壁虎仍然很难走远。关于单根刚毛的实验也得出了同样结果。这样一来，我们也许就能理解斯塔克在2013年为什么不愿意再次测试这种材料了。“但我的本科生对于会发生什么超级好奇，所以我就满足了他们。”他们的发现让所有人都感到惊讶。根据他们的实验结果，活壁虎可以附着在特氟龙上，但只在有水的情况下才行。

“这是一个罕见的发现，既让我们感到困惑，又证实了我们在野外看到的情形，”斯塔克说，“我们知道壁虎可以毫不费力地爬上最滑的树木和其他植物，哪怕刚刚下过大雨，所以水对它们来说显然不是一个严重的问题。但是我们的模型根本没有预测到特氟龙的结果。”其他结果没有那么令人震惊——在中等润湿性的材料上，水似乎没有太大影响。壁虎在潮湿和干燥的表面上都能很好地附着。但超疏水的特氟龙是个例外——与我们对基于范德瓦耳斯力的黏附力理解相反，水似乎 改善 了壁虎的黏附能力。

研究人员指出，这并不代表存在一个更广泛的趋势，而是体现了特氟龙的特殊性。在论文中，他们将其归因于特氟龙的粗糙度。干燥时，这种粗糙度可能会造成空气间隙存在，从而减少表面和壁虎铲状匙突之间的接触面积。湿润时，粗糙的表面可能会变得平滑，使脚趾能够得到足以产生范德瓦耳斯力的密切接触。说实话，我不相信这个解释，在电话中，斯塔克似乎也同意我的看法。

我们根本无法解释这个结果，也无法解释为什么特氟龙与其他材料如此不同。在后来的工作中，我们改变了它的粗糙度和氟化（一种表面处理），看看是否有什么变化。我们发现，后者对黏附力的影响更大。我们怀疑这可能与静电有关，但不确定。

壁虎黏附的主导机制是范德瓦耳斯力，这似乎是毫无疑问的，但是经过与研究人员谈话，加上阅读更多的论文，我有了一种“事实不止如此”的明显感觉。尽管我们对壁虎的黏附系统进行了持续而深入的研究，但它可能仍然没有展现所有的奥秘。

例如，我们仍然不完全了解角蛋白刚毛在潮湿环境中会发生什么。人类的头发非常容易受到湿度的影响，主要是因为水有助于α型蛋白质相邻链之间形成临时的氢键。虽然这种蛋白质和壁虎的β-角蛋白在化学成分上有所不同，但水对其机械性能也有影响的推测似乎是合乎情理的。奥特姆对此深信不疑。在2011年发表的一篇论文中，他发现他们把湿度调得越高，单根刚毛就越软，但我们不知道这在“整只动物”层面会产生怎样的效果。还有一些细胞生物学家说，角蛋白刚毛有一个额外的功能——蛋白质表面自然出现的正电荷可能会进一步增强范德瓦耳斯力的效应。

最后，2011年，人们在一间昏暗的研究实验室中发现了一些神秘的壁虎脚印。“发表那篇论文时，我们不是很受欢迎，”当我问及此事时，斯塔克笑了，“大家都说壁虎使用的是无残留的干净黏合系统。但如果真是这样，这些脚印是怎么来的？它们留下了一些东西，而我们在其他地方从未见过这样的报告。”斯塔克和她的同事发现，这些残留物含有脂类——通常在蜡和油等“滑”的材料中会发现的化合物。她还证明了这些脂类集中在刚毛内及其周围，这使她认为它与角蛋白有关。但她承认，他们还不能解释为什么这些脂质会存在，以及它们到底来自哪里。“我们还没有答案，尽管我们怀疑它与黏性和快速移动之间的不断权衡有关。也许这些脂质有助于保持刚毛和铲状匙突的清洁无垢，或者对刚毛起到一些结构方面的作用。无论哪种情况，它都告诉我们，目前基于同质β-角蛋白柱的模型并不完整。”

这些仍然待解决的问题只会使壁虎的黏附系统更加迷人和值得研究。它的性能也使它成为工程和材料科学世界中一个永不枯竭的灵感来源。 Ogl17oSq6EhZ81Ma98JPtZkx3NHFzWDyOCxFgkCPhWj3BFIUe3JR+MhV7xPA6cbO