IRA FLATOW: Als Kind hatten Sie wahrscheinlich ein Bilderbuch, das einen Frosch zeigt, oder? Ein Frosch schlürft eine Fliege – Frösche fressen Fliegen und Insekten. Und es ist eine dieser Fakten, an die du dich nicht erinnerst, aber das wusstest du immer, oder? Aber wenn Sie sich hinsetzen und darüber nachdenken, macht es etwas weniger Sinn.
Wie kann die flache Oberfläche der Zunge eines Frosches ein fliegendes Insekt greifen und festhalten? Es ist flach. Mein nächster Gast fand heraus, dass das Geheimnis im Speichel liegt.
Alexis Noel ist Doktorand im Bereich Maschinenbau am Georgia Institute of Technology in Atlanta. Willkommen zum „Science Friday“. Hallo, Alexis, bist du da?
ALEXIS NOEL: Hallo, danke, dass du mich hast. Hallo?
IRA FLATOW: Gern geschehen. Kannst du mich hören? Hallo, Alexis.
ALEXIS NOEL: Ja, ich kann dich hören. Hörst du mich?
IRA FLATOW: Ja. Wir machen einen Telefonspot. Lass uns über dein Studium sprechen. Ihre Studie untersuchte Froschzungen und Ihre letzte Studie untersuchte Katzenzungen. Sie interessieren sich als Ingenieur für Tiersprachen? Was ist die Verbindung hier?
ALEXIS NOEL: Ja, ja. In meinem Labor studieren wir viele interessante Dinge. Also habe ich ungefähr drei Jahre lang Froschsprachen studiert. Ich studiere derzeit Katzenzungen. Wirklich, wenn man sich ansieht, wie man Dinge mit sehr weichen, matschigen Oberflächen ergreift. Das ist wirklich der Kern meiner Forschung.
IRA FLATOW: Mm-hmm. Und Sie fanden heraus, dass der Speichel eine Art Klebstoff ist, der alles zusammenhält.
ALEXIS NOEL: Das stimmt. Ja. Der Frosch hat eine superweiche Zunge, fast 10 mal weicher als eine menschliche Zunge, und er verwendet diese sehr klebrige Flüssigkeit, die in das Gewebe infundiert wird. Und du kannst dir vorstellen, dass es wie der Rotz in deiner Nase ist, sogar dicker als Honig. Es ist alles sehr ekelhaft.
IRA FLATOW: Ja. Nun, es ist interessant. Ich wusste nicht, dass die Zunge 10 mal weicher ist als eine menschliche Zunge. Und es geht darum, ich verstehe, die gleiche Konsistenz wie Hirngewebe?
ALEXIS NOEL: Das ist richtig. Wir haben auch Hirngewebe getestet. Es erinnert mich irgendwie daran, wenn du ein Stück Kaugummi hast, das du nur ein bisschen zu lange kaust und es aus deinem Mund ziehst. So fühlt sich eine Froschzunge an.
IRA FLATOW: Hast du – ich will hier nicht zu persönlich werden, aber hast du eigentlich Frösche gespürt?
ALEXIS NOEL: Ich musste in den letzten drei Jahren viel tun, ja.
IRA FLATOW: Jetzt verstehe ich, dass Sie sagen, der Schlüssel zu dieser Klebrigkeit ist, dass der Speichel reversibel ist. Was wollt ihr damit sagen?
ALEXIS NOEL: Ja, das ist richtig. Das war wahrscheinlich der faszinierendste Teil dieser ganzen Studie. Wir haben tatsächlich etwa 15 Froschzungen gekratzt, um eine Probe zu erhalten, die groß genug ist, um sie zu testen. Weil Sie etwa ein Fünftel eines Teelöffels Flüssigkeit benötigen, um in einem Rheometer zu testen. Und ein Rheometer sagt Ihnen grundlegende Flüssigkeitseigenschaften, Dinge wie Viskosität.
Also kratzten wir alle diese Froschzungen und steckten den Speichel hinein. Und was wir fanden, war, dass der Froschspeichel tatsächlich eine scherverdünnende Flüssigkeit ist, was bedeutet, dass sich die Viskosität basierend auf der Scherrate ändern kann. Und das ist Ketchup eigentlich sehr ähnlich. Und ich weiß, dass sich jeder irgendwann mit Ketchup beschäftigt hat, vielleicht nicht mit Froschspeichel.
Wissen Sie, wenn Sie eine Ketchup-Flasche auf den Kopf stellen, ist es sehr schwierig, dass der Ketchup herausfließt. Aber wenn Sie den Boden schlagen, fließt der Ketchup. Nun, das liegt daran, dass Sie Scherspannungen in einer Scherrate innerhalb der Flüssigkeit vermitteln. Die Viskosität sinkt also tatsächlich.
Also passieren ähnliche Dinge mit Froschspeichel, wenn er auf das Insekt trifft. Wenn die Zunge trifft, wird der Speichel tatsächlich sehr flüssig und wasserähnlich. Und es wird alle Risse im Insekt durchdringen. Und wenn die Zunge wieder in den Mund kommt, härtet der Speichel aus und wird viskoser als Honig. Und es hält das Insekt sehr fest im Griff.
IRA FLATOW: Beeindruckend. Wie schnell muss sich die Zunge bewegen, um genau die richtige Kraft auf den Speichel auszuüben?
ALEXIS NOEL: Nun, wenn die Zunge aus dem Froschmaul kommt, bewegt sie sich mit etwa 9 Meilen pro Stunde oder etwa 4 Metern pro Sekunde. Es bewegt sich also ziemlich schnell relativ zum Frosch. Und so schnell trifft es das Insekt. Und wenn es sich zurückzieht, ist die Beschleunigung, mit der es das Insekt zurück in seinen Mund zieht, etwa viermal so hoch wie die Beschleunigung, die Astronauten fühlen, wenn sie in den Weltraum gehen. Es sind also ungefähr 12 G.
IRA FLATOW: Wow. Dies ist „Science Friday“ von PRI, Public Radio International, im Gespräch mit Alexis Noel, einem Doktoranden. Sie ist ein Ramblin-Wrack von Georgia Tech und eine verdammt gute Ingenieurin. Entschuldigung, ich kann mich nie aufhalten, wenn ich jemanden von Georgia Tech habe.
OK. Gehen wir also noch einen Schritt weiter. Der Frosch hat das Insekt gefangen. Es hat es mit der vierfachen Geschwindigkeit eines Astronauten in G-Kräften zurück in den Mund gepeitscht. Es hat es im Mund. Nun, wie bekommt es das Insekt von der Zunge, wenn es so daran haftet?
ALEXIS NOEL: Nun, ich denke, das ist einer meiner Lieblingsteile der Studie. Das war also die Frage, die uns nervte – ha, Wortspiel – die uns nervte –
IRA FLATOW: Ich mag es.
ALEXIS NOEL: Für eine sehr lange Zeit. Wie kommt das Insekt von der klebrigen Zunge, sobald es im Mund ist? Und so beobachteten wir diese Frösche mit Hochgeschwindigkeits-Videografiegeräten. Wir beobachteten, wie sie tatsächlich schluckten. Und was wir bemerkten, war, dass die Augäpfel tatsächlich in ihren Schädel und in ihre Mundhöhle gehen und auf das Insekt in ihrem Mund drücken. Und so ist es diese Stoßbewegung von den Augäpfeln, die das Insekt tatsächlich von der Zunge in den Hals gleiten lässt.
IRA FLATOW: Jetzt machen wir diese Show über 25 Jahre. Ich denke, das ist die ungewöhnlichste Erklärung, die ich je für ein Naturphänomen gehört habe. Die Augäpfel drücken das Insekt von der Zunge.
ALEXIS NOEL: Das ist richtig. Ja. Wenn Sie sehen – Frösche sind dafür bekannt, diese großen bauchigen Augäpfel auf der Oberfläche ihres Schädels zu haben, und sie fallen einfach vollständig in ihren Schädel. Und du siehst sie nicht. Es ist erstaunlich.
IRA FLATOW: Wie entdecken Sie das als Wissenschaftlerin?
ALEXIS NOEL: Nun, die Leute haben es gewusst, viele Biologen haben gewusst, dass Frösche ihre Augäpfel benutzen, wenn sie schlucken. Viele dachten, es sei nur ein Reaktionsmechanismus. Aber als wir uns die Videos ansahen, sahen wir tatsächlich eine Röntgenvideografie von Insekten im Mund des Frosches, und wir sahen, wie die Insekten direkt von der Zunge rutschten.
IRA FLATOW: Beeindruckend. Okay. Jetzt hast du also die Zungen der Katzen studiert, jetzt die Zungen der Frösche.
ALEXIS NOEL: Ja.
IRA FLATOW: Welche Zunge kommt als nächstes, wenn ich fragen darf?
ALEXIS NOEL: Welche Zunge kommt als nächstes? Nun, das ist eine großartige Frage. Zusätzlich zur Katzenforschung haben wir im örtlichen Zoo tatsächlich eine Tigerzunge bekommen. Es gab einen Tiger, der kürzlich gestorben ist.
Und so konnten wir eine Tigerzunge mit einer Hauskatzenzunge vergleichen und wir machen einige erstaunliche Entdeckungen, dass die Stacheln auf der Tigerzunge tatsächlich genau die gleiche Größe und Form haben wie die Hauskatze, nur mit mehr von ihnen. Das hat also Spaß gemacht. Das nächste Forschungsthema wird Ohrenschmalz sein.
IRA FLATOW: Du hast mich. Du hast mich hier erwischt. Nicht mit der Zunge, Ohrenschmalz? Sag es mir.
ALEXIS NOEL: Nicht mit der Zunge, ja.
IRA FLATOW: Was möchten Sie über Ohrenschmalz wissen?
ALEXIS NOEL: Nun, wir untersuchen, wie Ohrenschmalz tatsächlich ein sehr effizienter Staubsammler im Innenohr ist. Und es erzeugt tatsächlich diese netzartigen Effekte im Gehörgang, fängt Staub ein und fällt dann durch Zerbröckeln aus dem Ohr, wenn genügend Staub im Ohrenschmalz ist. Wir suchen also nach neuartigen Anwendungen für Staubsammelsysteme mit Luftfiltration.
IRA FLATOW: Beeindruckend. Alexis, versprichst du, wiederzukommen, wenn du diese Studie über Ohrenschmalz machst? Weil-
ALEXIS NOEL: Absolut.
IRA FLATOW: Gut. Es wird großartig. Vielen Dank, vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, heute bei uns zu sein.
ALEXIS NOEL: Danke, dass du mich hast.
IRA FLATOW: Wir haben nicht über Gecko-Zungen gesprochen und darüber, wie sie ihre Zunge benutzen, um ihre Augäpfel zu reinigen, aber vielleicht speichern wir das für den nächsten. Alexis Noel ist Doktorand im Bereich Maschinenbau am Georgia Institute of Technology in Atlanta.
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