壁虎如何反抗地心引力？ - Eleanor Nelsen

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壁虎不是浑身覆盖着胶水或者钩子或者吸盘，但它们依然能够毫不费力的攀登垂直的墙以及悬挂在天花板上。这是怎么回事？Eleanor Nelson解释壁虎非凡一般的足是如何更够让它们抵抗地心引力的。

讲师：Eleanor Nelsen 动画：Marie-Louise Højer Jensen

在午夜，一切都静止着，

除了捕捉蜘蛛的壁虎飞掠发出的轻微的声音。

壁虎看似是无视地心引力的，

爬上垂直的表面

不用爪子也能倒着爬，

像有强力胶或超强蜘蛛网。

取而代之的是，
它们利用了一个简单的原理：

正负电荷相吸。

吸引力把化合物绑在一起，就像食盐是

由正电钠离子

和负电氯离子黏在一起组成的。

但壁虎的脚不带电，

它们爬行的表面也不带电。

那么，是什么使它们粘在一起呢？

答案是分子之间的作用力

与结构工程的巧妙结合。

元素周期表中的所有元素对电子都有不同的亲和力。

像氧、氟这样的元素真的真的很想要电子，

电子对氢、锂这样的元素
就没有那么强的吸引力。

一个原子对于电子的相对贪欲叫做负电性。

电子在不停地运动而且

可以移到它们最被需要的地方。

所以当一个分子内的原子带有不同的负电性时，

分子的一团电子

会被拉向负电性最强的原子。

这样一个电子云中的薄薄的小点就产生了，

原子核的正电穿过这个点，

带负电的电子也在别的地方聚集。

这个分子本身并不带电，

它只是有带正电和负电的区域。

这些区域性电荷会吸引周围的分子。

它们会连成一条线，
让一个分子的正点区域挨

着另一个分子的负电区域。

甚至根本不需要强负电的原子

去创造这些吸引力。

电子在不停地运动，

有些时候它们暂时堆积在一个点。

那一瞬间的电荷足以让分子互相吸引。

这种不带电分子的相互运动

被叫做范德华力（Van Der Waals Forces）。

他们没有带电分子间的作用力那么强，

但是如果有足够的量，
它们的积累也能十分可观。

这就是壁虎的秘密。

壁虎的脚趾上有易弯曲的凸起。

这些凸起的表面被头发般的细小结构覆盖着，

这些人类的头发还要细得多的结构叫刚毛（setae）。

这些刚毛被更小的多叫做匙突(spatulae)的结构覆蓋。

这些小铲子似的形状完美对地承担了壁虎的需求：

在命令下粘牢和释放。

当壁虎在天花板上展开它的柔韧的脚趾时，

匙突与墙壁会形成能产生范德华力的完美角度。

匙突变平，

形成的很多表面积，使其正电和负电区

在天花板上找到相对应的区域。

每个匙突只有微乎其微的范德华力的黏力，

但是一个壁虎有大约二十亿的匙突，

这产生足够支持其体重的作用力，

壁虎甚至可以整个吊在一根脚趾上。

当然，如果角度有一丁点的改变，

这些强大的粘力就会消失。

所以，壁虎可以抬起它的脚，

冲向一顿美餐或者逃离捕食者。

这种用一丛丛特殊形状的刷毛让两个普通

分子之间的范德华力最大化的策略启发了

很多人造的，

试图模仿壁虎超凡的黏合能力的材料。

人造版本目前还不像壁虎的抓力那么强，

但是它们已经不错了，可以让一个成年人

有能力爬一个25英尺高的玻璃墙。

事实上，壁虎的猎物也在用范德华力

粘在天花板上。

于是，壁虎抬起脚趾，一场追逐又开始了。