Bagaimana orang bisa terjebak mempelajari lidah katak? Penelitian kami tentang dunia katak yang lengket dan berlemak, semuanya dimulai dengan video lucu seekor kodok asli Afrika yang menyerang serangga palsu dalam sebuah game mobile. Katak ini jelas ahli dalam bermain game; kecepatan dan ketepatan lidahnya bisa menyaingi jempol remaja yang mengirim SMS.
Penelitian YouTube lebih lanjut menghasilkan video-video menakjubkan tentang katak yang memakan tikus, tarantula, dan bahkan katak lainnya.
Lidah katak yang serba guna bisa meraih permukaan yang basah, berbulu, dan licin dengan mudah. Itu jauh lebih baik daripada perekat rekayasa kami — bahkan kaset rumah tangga pun tidak dapat menempel dengan kuat pada permukaan yang basah atau berdebu. Apa yang membuat lidah ini bahkan lebih mengesankan adalah kecepatannya: Lebih dari 4.000 spesies katak dan mangsa kodok lebih cepat daripada manusia dapat berkedip.
Apa yang membuat lidah katak begitu lengket secara unik? Kelompok kami bertujuan untuk mencari tahu.
Perhatian ilmiah modern awal terhadap lidah katak datang pada tahun 1849, ketika ahli biologi Augustus Waller menerbitkan studi lidah katak yang pertama kali didokumentasikan tentang saraf dan papila — struktur mikro permukaan yang ditemukan di lidah. Waller terpesona dengan sifat lembut, lengket dari lidah katak dan apa yang disebutnya "keunggulan aneh yang dimiliki oleh lidah katak yang hidup ... elastisitas dan transparansi ekstrem organ ini mendorong saya untuk menyerahkannya ke mikroskop."
Maju cepat 165 tahun, ketika peneliti biomekanik Kleinteich dan Gorb adalah orang pertama yang mengukur kekuatan lidah pada katak bertanduk Ceratophrys cranwelli . Mereka menemukan pada tahun 2014 bahwa kekuatan adhesi katak dapat mencapai hingga 1, 4 kali berat badan. Itu berarti lidah katak lengket cukup kuat untuk mengangkat hampir dua kali beratnya sendiri. Mereka mendalilkan bahwa lidah bertindak seperti selotip atau perekat yang sensitif terhadap tekanan — permukaan yang melekat secara permanen yang melekat pada substrat di bawah tekanan ringan.
Lidah katak memegang cawan petri hanya dengan lengketnya. (Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND) Untuk memulai penelitian kami sendiri pada lidah katak lengket, kami memfilmkan berbagai katak dan kodok memakan serangga menggunakan videografi berkecepatan tinggi. Kami menemukan bahwa lidah katak mampu menangkap serangga dalam waktu kurang dari 0, 07 detik, lima kali lebih cepat daripada kedipan mata manusia. Selain itu, percepatan serangga menuju mulut katak saat penangkapan dapat mencapai 12 kali percepatan gravitasi. Sebagai perbandingan, astronot biasanya mengalami sekitar tiga kali percepatan gravitasi selama peluncuran roket.
Karena penasaran, kami ingin memahami bagaimana lidah lengket memegang mangsa dengan sangat baik pada akselerasi tinggi. Kami pertama-tama harus mengumpulkan beberapa bahasa katak. Di sini, di Georgia Tech, kami melacak kelas diseksi biologi di kampus, yang menggunakan katak macan tutul utara secara teratur.
Rencananya adalah ini: Poke jaringan lidah untuk menentukan kelembutan, dan putar air liur katak di antara dua lempeng untuk menentukan viskositas. Kelembutan dan viskositas adalah metrik umum untuk membandingkan bahan padat dan cairan, masing-masing. Kelembutan menggambarkan deformasi lidah ketika kekuatan peregangan diterapkan, dan viskositas menggambarkan resistensi air liur terhadap gerakan.
Menentukan kelembutan jaringan lidah katak bukanlah tugas yang mudah. Kami harus membuat alat indentasi kami sendiri karena kelembutan lidah berada di luar kemampuan peralatan pengujian bahan tradisional di kampus. Kami memutuskan untuk menggunakan mesin lekukan, yang menusuk bahan biologis dan mengukur kekuatan. Hubungan pemindahan gaya kemudian dapat menggambarkan kelembutan berdasarkan bentuk kepala lekukan, seperti silinder atau bola.
Ketika lekukan menarik dari lidah, kepala itu melekat dan meregang. (Alexis Noel / Georgia Tech, CC BY-ND) Namun, kepala khas untuk mesin indentasi dapat berharga $ 500 atau lebih. Tidak ingin menghabiskan uang atau menunggu pengiriman, kami memutuskan untuk membuat indenters bola dan kepala datar kami sendiri dari anting-anting stainless steel. Setelah tes kami, kami menemukan lidah katak sekitar selembut jaringan otak dan 10 kali lebih lembut dari lidah manusia. Ya, kami menguji jaringan otak dan lidah manusia (post mortem) di laboratorium untuk perbandingan.
Untuk menguji sifat air liur, kami mengalami masalah: Mesin yang akan memutar air liur katak membutuhkan sekitar seperlima dari satu sendok teh cairan untuk menjalankan tes. Kedengarannya kecil, tetapi tidak dalam konteks mengumpulkan katak. Amfibi unik karena mengeluarkan air liur melalui kelenjar yang terletak di lidah mereka. Jadi, suatu malam kami menghabiskan beberapa jam menggores 15 lidah katak mati untuk mendapatkan sampel air liur yang cukup besar untuk peralatan pengujian.
Bagaimana Anda mendapatkan air liur dari lidah katak? Mudah. Pertama, Anda menarik lidah keluar dari mulut. Kedua, Anda menggosokkan lidah di atas selembar plastik sampai ludah (kecil) terbentuk. Globulus terbentuk karena protein lendir rantai panjang yang ada di air liur katak, mirip air liur manusia; protein ini kusut seperti pasta saat diaduk. Kemudian Anda dengan cepat mengambil globule menggunakan pinset dan menempatkannya dalam wadah kedap udara untuk mengurangi penguapan.
Setelah pengujian, kami terkejut menemukan bahwa air liur adalah cairan viskoelastik dua fase. Dua fase tergantung pada seberapa cepat saliva dicukur, ketika beristirahat di antara lempengan paralel. Pada laju geser rendah, saliva sangat kental dan kental; pada tingkat geser yang tinggi, air liur katak menjadi tipis dan cair. Ini mirip dengan cat, yang mudah disebarkan dengan kuas, namun tetap melekat kuat di dinding. Ini dua fase yang memberikan air liur reversibilitas dalam penangkapan mangsa, untuk menempel dan melepaskan serangga.
Bagaimana jaringan lunak dan air liur dua fase membantu lidah katak menempel pada serangga? Mari kita berjalan melalui skenario mangsa-penangkapan, yang dimulai dengan lidah katak meluncur keluar dari mulut dan membanting ke serangga.
Selama fase tumbukan ini, lidah berubah bentuk dan membungkus serangga, meningkatkan area kontak. Air liur menjadi cair, menembus celah serangga. Saat katak menarik lidahnya kembali ke mulut, jaringan membentang seperti pegas, mengurangi kekuatan pada serangga (mirip dengan bagaimana tali bungee mengurangi kekuatan di pergelangan kaki Anda). Air liur kembali ke kondisi kental dan kental, mempertahankan cengkeraman tinggi pada serangga. Begitu serangga ada di dalam mulut, bola mata mendorong serangga ke tenggorokan, menyebabkan air liur sekali lagi menjadi tipis dan cair.
Ada kemungkinan bahwa mengurai rahasia adhesi lidah katak dapat memiliki aplikasi masa depan untuk hal-hal seperti mekanisme perekat berkecepatan tinggi untuk sabuk konveyor, atau mekanisme ambil cepat dalam robotika lunak.
Yang paling penting, karya ini memberikan wawasan berharga tentang biologi dan fungsi amfibi — 40 persen di antaranya berada dalam kemerosotan dahsyat atau sudah punah. Bekerja dengan organisasi konservasi The Amphibian Foundation, kami memiliki akses untuk hidup dan melestarikan spesies katak. Hasil penelitian kami memberi kami pemahaman yang lebih besar tentang kelompok yang terancam ini. Pengetahuan yang dikumpulkan tentang fungsi unik spesies katak dan katak dapat menginformasikan keputusan konservasi untuk mengelola populasi dalam ekosistem yang dinamis dan menurun.
Meskipun tidak mudah menjadi hijau, katak mungkin merasa nyaman karena lidahnya adalah perekat yang luar biasa.
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation. Baca artikel aslinya.
Alexis Noel adalah Mahasiswa PhD di Biomekanik di Georgia Institute of Technology
David Hu adalah Associate Professor Teknik Mesin dan Biologi dan Profesor Fisika Tambahan di Institut Teknologi Georgia
