Vissa ormarter slingrar sig över marken, medan andra klättrar i träd, dyka genom sand eller glida över vatten. I dag, forskare rapporterar att ormfjälls ytkemi varierar mellan arter som tar sig fram i dessa olika terränger. Fynden kan få konsekvenser för utformning av hållbara material, samt robotar som efterliknar ormsrörelser för att korsa ytor som annars skulle vara oframkomliga.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Societys (ACS) vårmöte.

Forskningen började som ett samarbete med Woodland Park Zoo i Seattle, förklarar Tobias Weidner, Ph.D., projektets huvudutredare. En av djurparkens biologer sa till Weidner att man inte visste mycket om ormens kemi. "Biologer har vanligtvis inte tekniker som kan identifiera molekyler på det yttersta lagret av en yta som en ormfjäll, " säger han. "Men jag är en kemist - en ytforskare - så jag kände att jag kunde lägga till något till bilden med mitt labbs metoder."

I det inledande projektet, forskarna upptäckte att landormar är täckta med ett lipidlager. Detta oljiga lager är så tunt - bara en eller två nanometer - att ingen hade märkt det tidigare. Teamet fann också att molekylerna i detta lager är oorganiserade på ormens ryggfjäll men mycket organiserade och tätt packade på magfjäll, ett arrangemang som ger smörjning och skydd mot slitage.

"Vissa människor är rädda för ormar eftersom de tror att de är slemmiga, men biologer säger till dem att ormar inte är slemmiga; de är torra vid beröring, " säger Weidner. "Det är sant, men det är det också inte sant eftersom på nanoskala vi fann att de faktiskt är feta och slemmiga, även om du inte kan känna det. De är "nanoslemmiga."

I den nya studien, teamet ville ta reda på om denna nanoslemmiga ytkemi skiljer sig i arter anpassade till olika livsmiljöer, säger Mette H. Rasmussen, en doktorand som presenterar de senaste rönen på mötet. Både Weidner och Rasmussen är vid Aarhus Universitet i Danmark.

Arbeta med nyligen utgjutna skinn, Rasmussen jämförde markens ytkemi, träd och sandormar. Hon använde laserspektroskopi och en elektronmikroskopiteknik som undersöker ytans kemi genom att slå ut elektroner ur den med röntgenstrålar. Projektet var ett samarbete med Joe Baio, Ph.D., vid Oregon State University; Stanislav Gorb, Ph.D., vid Kiel University och forskare vid U.S. National Institute of Standards and Technology.

Rasmussen fann att trädormen har ett lager av ordnade lipidmolekyler på magen, precis som markormen. Men sandormen, som dyker genom sand, har ett ordnat lipidlager på både fram- och baksidan. "Från en orms synvinkel, det är vettigt, " säger hon. "Du skulle vilja ha denna friktionsminskning och slitstyrka på båda sidor om du är omgiven av din miljö istället för att bara röra dig över den." forskarna vill ta reda på var lipiderna kommer ifrån och titta på variationer mellan andra ormarter, inklusive de som lever i vatten. De skulle också vilja identifiera lipiderna, även om Weidner misstänker att den kemiska sammansättningen av lipidlagret är mindre viktig än organisationen och densiteten hos lipidmolekylerna den innehåller.

Arbetet skulle kunna ha breda tillämpningar. "En orms glidande rörelse kräver konstant kontakt med ytan den korsar, som ställer höga krav på friktion, slitage och mekanisk stabilitet, " säger Rasmussen. Att lära sig hur ormar bibehåller sin huds integritet när de möter vassa stenar, varm sand och andra utmaningar kan hjälpa till vid utformningen av mer hållbara material.

Dessutom, forskarna säger, flera grupper utvecklar robotar som efterliknar en orms glidande eller sidovindande rörelse och – till skillnad från robotar med hjul – kan därför ta sig fram i svår terräng som brant, sandiga sluttningar. Dessa grupper har nyligen börjat ta hänsyn till mikrostrukturen hos ormfjäll, Rasmussen noterar, men vågens ytkemi är också avgörande för deras prestanda. Att sammanföra dessa fält kan en dag leda till ormliknande robotar som kan hjälpa till i räddningsoperationer eller befria en Mars-rover som sitter fast i sanden, hon säger.