优雅蝈螽Gampsocleis gratiosa爪垫微观结构的电镜分析

本 丧失 飞行 能力 。优雅 蝈 螽具有较 强 的攀 爬和跳 跃 能力 ， 可以在 草 丛 中 自由地 活动 和 捕 食 。实 验 使 它 用 ＪＭ．６ ０型扫 描电 子显 微镜 （Ｅ 分 析爪 垫表 面 Ｓ ５０ Ｓ Ｍ） 微结 构 特 征 ， 用 Ｑ Ｓｏｅ ２０型 原 子 力 显 微 镜 利 ．ｃｐ ５ （ Ｆ 分 析平板 玻璃 表 面 的微观结 构 。 Ａ Ｍ）
离 约 为 １２ｔ ．／ ． ｍ。
４ 讨 论 与 结 论
实验 用 优 雅 蝈 螽 （ ａ ｐｏｌｓｇａ ｏ 为 雄 性 ， Ｇ ｍ ｓｃ ｉ ｒｔｓ ｅ ｉ ａ） 采 集 于长春 市郊 区 ， 养 于 实验 室 室 温 环 境 下 。优 饲
雅 蝈螽俗 称蝈 蝈 ， 直 翅 目螽斯科 昆虫 ， 般成 虫体 属 一 长 ３ｍ ８ ｍ～４ ｍ 体重 ２ ～ ｇ 由于翅 膀 的退化 已基 ５ ｍ， ｇ ４，
为 研究 对象 ， 扫 描 电镜 （Ｅ 观察 蝈 螽 的爪 趾 ， 用 Ｓ Ｍ） 再
金
（ 吉林 大 学地 面机 械仿 生技 术教 育 部 重点 实验 室 ， 吉林 长春 １０ ２ ） ３０ ２
蝈 螽跗肢 的蹄 形 掌皮下 由柔 性 的如 同粘性 的液
体 组织填 充 ， 面属 于 肉垫结 构 ， 有柔 性 和 弹 性 ， 掌 具 有较 大 的变 形 能 力 。利 用 Ｓ Ｍ 对 螽 斯 跗 肢 掌 面 表 Ｅ 面 的形态 观察 发 现 ， 面上 紧密 而 近 乎 有序 地 排 列 掌
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电子 显 微 学 报
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Ｊ Ｃ ｉ ．Ｅｅｔ． ｉ ｃ Ｓ ｃ ． ｈ ｎ ｌ ｒ Ｍ ｃ ． ｏ ｃ ｍｓ
２ （ 刊 ） ２ ４～２ ５ ２ ０ ５增 ：６ ６ ０ ６年
优 雅 蝈螽 Ｇ ｍ ｓｃ ｉｇａ ｏ ａ ｐｏｌｓ ｒｔｓ 垫 ｅ ｉ ａ爪 微观结构 的 电镜分析
根据 平板 玻 璃 的 原 子 力 显 微 镜 下 的微 观三 维 形 貌 图， 分析 蝈螽 能竖 直 的 平 板玻 璃 上 能 自由行 走 的原
因。
１ 实 验 材 料 与 设 备
表 面上 的微 凸 体 最 大 高 度 约 ３ ｍ， 糙 性 分 布 比 ５ｎ 粗 较 均匀 ， 凸 体较 尖锐 ， 微 两相 邻微 凸体 尖端 之间 的距
爪 垫上分 布着 一些 微 小 的毛孔 ， 并长 有极 细 的刚毛 ，
这 些毛孑 起 到 了分泌 体液 、 润 爪垫 表面 的作用 ， Ｌ 湿 既 有 利于体 表生 物组 织 的代 谢 ， 润 湿 效 果 又提 高 了 其
爪 垫 的附着性 能 。 借助 于 原子 力显 微镜 获得 微观下 的玻 璃表 面 三 维形 貌 图（ ２ 。 分 析表 明在 ８２ｔ 图 ） ．／ ． ｍ×８２ｔ 玻 璃 ．／ ． ｍ
高 吭 ，陈 东辉 ，佟
生 物 的生存 和运 动 需 要 附着 ， 它们 的足 就 进 化 出具 有很 强 附着 能 力 的结 构 表 面 ， 蚂 蚁 、 蝇 、 如 苍 蜜 蜂、 蝗虫 、 甲虫 、 蛛 、 蜘 壁虎 的足 能够在 直立 表 面甚 至 天 棚 表面上 附着 或行 走 ， 其优 良的 附 着 能 力来 源 于 它 们爪 垫 的附着机 构 ， 特别 是 与 外 物 表 面接 触 部 位 的表 面微结 构 。 按 照附 着方式 可 大致将 动 物足分 为三 类 ： 子 、 爪 光 滑爪 垫和 刚 毛爪 垫 。Ｓ ｏ ｎｋ等 总 结 了生 物 附 着 ｐｌ ａ ｅ 机构 的形 状 ， 螽斯 属 平 头 形 附 着垫 。针 对 优 雅 蝈 螽 能 够在 直立 的玻璃 表 面 行 走 的 现象 ， 择 优 雅 蝈 螽 选
着 直 径 为 ４ｔ ～５ｔ 的 六 边 形 微 凸 包 ， 包 之 问 由 ／ ． ｍ ／ ． ｍ 凸
沟槽 隔 开。 沟槽 结构 有利 于爪 垫与 附着 物之 间的适 应性 微变形 调 节 ， 每个 爪 垫 单 元 都 有 多点 弹 性 变 使
形 的特性 。从 图 １ 、 １ ｂ 图 ｃ可 以 看 出 在 优 雅 蝈 螽 的
首先 将 离体优 雅蝈 螽 附肢 利用 ４ ％戊 二醛 溶 液 浸泡 ２ ， ｈ 通过 硬 化 样 本 固定 样 本 形 态 ； 利用 磷 酸 再 缓 冲液浸 泡 ２ ； 用 １ ｈ利 ％锇 酸 固定 ２ 。 随后 用 乙 醇 ｈ 梯度 脱水 ， 干燥 后 真 空 喷 金 。玻璃 的微 观 分 析 样 本 用 乙醇进 行 表面清 洗 ， 自然 干燥 。
３ 实 验 结 果
面 的握 持 ， 玻璃 表 面相 对 尖 锐 的波 峰更 有 利 于 摩 擦 力 的产生 ； 因此 在 重力 Ｇ、 持力 及它 们作 为正 压 力 握
所产 生 的掌 面 与玻璃 微 结构之 间摩擦 力 的综 合作 用 下， 实现 了螽斯 在直 立 玻璃表 面 的行走 。
２ 样 本 制 作
优雅蝈 螽能在 直 立 玻 璃 表 面 自由爬 行 ， 爪 垫 其
表 面 近 似 六 边 形 微 结 构 单 元 和 玻 璃 表 面 上 的 微 观 几
何粗 糙结 构接 触 过 程 中 ， 具有 复 杂 的力 场 。优 雅 蝈 螽 爪垫是 具有 表 面非 光滑特 征 和弹性 大变 形性 能 的 材料 。根据 优 雅蝈 螽爪 垫表 面 的微结 构和 平板 玻璃 表 面 的微 观几 何形 态 ，ห้องสมุดไป่ตู้出优 雅 蝈 螽 爪 垫与 直 立 玻 提 璃 表面接触 模 型 （ ３ ， 释 其 界 面 附着 力 和 静 态 图 ）解 摩擦 力 的产生 机理 。玻璃表 面 的微 观形态 如棒 状 的 凸起 使得 螽斯 跗肢 掌 面的微小 凸包借 助于掌 面 的柔 性更 容易嵌 人 玻璃 表 面 的微结 构 中 ， 接触 模 型 中显 示 了玻璃 表 面较大 的高 度变化 梯 度利 于螽斯 跗肢 掌