Как движутся змеи. Змеи ползают за счет неравномерного коэффициента трения и постоянного перераспределения веса
Американские исследователи выяснили механизм движения змей. Об этом сообщает Science NOW, а исследователей появилась в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
На первом этапе исследования ученые изучали свойства кожи на брюхе 10 королевских змей Кэмпбелла (Lampropeltis triangulum campbelli ) - небольших рептилий длиной около 35 сантиметров.
Усыпив их, исследователи двигали змей по разным поверхностям. В результате им удалось установить, что при движении по гладкой поверхности сила трения примерно одинакова во всех направлениях. Если же поверхность шероховата, то вбок змею в два раза сложнее сдвинуть, чем вперед. Кроме этого сдвиг назад в полтора раза сложнее, чем вперед.
Если попробовать наклонить скользкую поверхность, то змея может преодолеть максимум семиградусный наклон:
Затем ученые изучили видеозаписи движения змей. Ранее ученые знали, что во время ползания змея пускает по своему телу своего рода "волну". Исследователям удалось установить, что во время прохождения "волны" рептилия поднимает некоторые части тела, уменьшая силу трения о поверхность в ненужных местах и увеличивая ее там, где тело отталкивается.
Заложив собранную информацию в компьютер, ученые получили модель змеи, которая двигалась также быстро, как и ее живые собратья:
По словам исследователей, новые результаты могут быть использованы при создании роботов нового поколения, которые будут способны передвигаться как змеи. Подобные механизмы могут быть полезны, например, при розыске и спасении людей, попавших под завалы разрушенных зданий.
Новая работа была положительно воспринята специалистами в данной области. Многие отмечают, что о роли чешуи в движении змей было известно уже более 60 лет, однако американским исследователям впервые удалось собрать все детали движения рептилии вместе и добиться хорошего согласования модели с реальным движением змеи.
Движение змей полно чарующего своеобразия. Вид бесшумно скользящей извивающейся ленты производит на зрителя неизгладимое впечатление и доставляет эстетическое наслаждение. Однако типичное, так называемое «змеевидное» движение отнюдь не является единственным способом, который используют змеи. В разных условиях обитания, на разном субстрате различные змеи выработали целый ряд особых типов движения. При «змеевидном» типе движения туловище волнообразно изгибается и образующиеся волны как бы пробегают вдоль тела от головы до хвоста. Выгибающийся участок тела, поставленный наискось к направлению движения, опирается на субстрат и создает толкающую силу. Она направлена под углом к движению, но может быть разложена на две составляющие - перпендикулярную и параллельную линии движения. Первая составляющая гасится сопротивлением опоры, а вторая толкает тело вперед.
Таким образом, чем больше изгибов, тем больше суммарная движущая сила. Поэтому змеи, использующие такой способ движения, имеют обычно длинное, гибкое и стройное тело. Таковы, например, ужи и полозы - активные змеи, выслеживающие и догоняющие свою добычу. Заметим, однако, что скорость, развиваемая Змеей даже при самом быстром скольжении, не превышает, как правило, 6-8 км в час, а у многих видов не достигает и 5 км в час. Поэтому человек без труда может догнать любую змею, если соревнование происходит на открытом пространстве. Многих читателей интересует, вероятно, также и обратный результат: можно с уверенностью гарантировать, что змея не может догнать человека, если даже очень захочет это сделать. Однако этот вариант имеет лишь теоретический интерес, так как змеи никогда не преследуют человека.
Поскольку при змеевидном типе движения используется опора на субстрат, то эффективность движения зависит от шероховатости опоры. Так, по гладкому стеклу змея не может двигаться: тело извивается, а животное остается на месте. Помимо гладкого субстрата, плохую опору для тела представляет и сыпучий субстрат - подвижные пески пустынь, не закрепленные растительностью. В этих условиях у некоторых видов змей (песчаная эфа, хвостатая гадюка, рогатый гремучник) выработался особый тип движения - «боковой ход». Действительно, глядя на движущуюся эфу, убеждаешься, что она ползет не вперед, а как бы вбок. Подтягивая вперед заднюю часть туловища, она перебрасывает ее, не касаясь субстрата, вперед и затем, опираясь на весь бок тела, подтягивает переднюю часть. След при таком движении получается не сплошной, а состоящий из отдельных параллельных полос с крючковатыми концами, расположенных под углом к линии движения. Опора при таком способе движения получается более основательная, и от одного следа к другому змея буквально «перешагивает».
Этот тип движения асимметричен, поэтому нагрузка на мышцы оказывается неравномерной. Чтобы уравнять ее, змее приходится периодически менять «рабочую сторону» тела - ползти то левым, то правым боком вперед. Некоторые виды змей не преследуют добычу, а сторожат ее, лежа неподвижно в засаде. Такие змеи малоподвижны, и тело их обычно толстое и короткое. Они неспособны на изящные змеевидные движения, и им приходится отказаться от этого способа, перейдя к прямолинейному или гусеничному типу передвижения. Особенно ярко он выражен у крупных и кургузых африканских гадюк (кассава, шумящая гадюка).
Тело ползущей гадюки совсем не изгибается, и при взгляде сверху кажется, что она просто плывет по поверхности. Сбоку же хорошо видно, как по брюшной стороне пробегает серия сокращений и растяжений, движущая змею вперед. Зигзагообразный рисунок на боках туловища как будто оживает, углы его то уменьшаются, то увеличиваются, и создается впечатление, что гадюка «идет» на дюжине пар коротких ног. В движении змей, особенно при последнем способе, важную роль играют расширенные брюшные щитки. Они могут плотно прилегать друг к другу, образуя гладкую поверхность, или сокращением брюшной мускулатуры их задний край опускается, и создается хорошая опора. Маневрируя брюшными щитками, змея может создавать сцепление или, наоборот; обеспечивать скольжение на разных участках тела. Значение брюшных щитков подтверждается тем, что морские змеи, живущие всю жизнь в водной среде, утратили их. Брюхо их покрыто такой же мелкой чешуей, как и спина. И вот, если такую змею вытащить на сушу, она извивается, но почти не может двигаться по твердому субстрату. У роющих, плавающих и древесных змей возникают особые специфические приспособления к передвижению, о которых будет сказано при описании этих видов.
Пищей змеям служат самые разнообразные животные, от червей, моллюсков и насекомых до рыб, птиц, грызунов и мелких копытных. Все змеи животноядны, и подавляющее большинство охотится за живой добычей. Лишь отдельные виды проявляют иногда пристрастие к падали (персидская гадюка, водяной щитомордник). Все змеи заглатывают добычу целиком, не разрывая и не пережевывая ее. Пищевой рацион зависит от величины змеи; крупные виды питаются соответственно более крупной добычей. Состав кормов сильно меняется с возрастом: молодые особи большинства змей питаются мелкими беспозвоночными, а взрослые обычно переходят на питание позвоночными животными.
Только мелкие виды змей (слепозмейки, контии и др.) всю жизнь питаются насекомыми, червями и т. п. Многие змеи ограничиваются определенными кормами, причем иногда специализация заходит так далеко, что вызывает резкие изменения в строении скелета зубной системы. Например, у африканской яичной змеи, питающейся только птичьими яйцами, число зубов уменьшилось и они стали мелкими и тупыми, а отростки позвонков, прободая пищевод, образуют острую «яйцевую пилу», служащую для разрезания скорлупы яйца. Благодаря растяжимости рта и покровов тела змеи могут заглатывать добычу, которая в 2-3 раза толще их самих. Однако эти способности также имеют свои пределы, и даже 10-метровый удав или питон не может проглотить взрослую лошадь или корову, как об этом нередко сообщают «очевидцы» по возвращении из далеких странствий.
Самые крупные животные, когда-либо проглоченные удавами, достигали размеров свиньи или косули. Схваченную добычу змеи заглатывают живьем, если она невелика и не оказывает сильного сопротивления. Для крупной и сильной добычи применяются различные способы умерщвления, в первую очередь удушение кольцами тела. Этот прием используют удавы и большинство ужеобразных змей. Важно отметить, что при удушении удав вовсе не сокрушает ребра своей жертвы, как часто описывают. Он сдавливает жертву лишь настолько, чтобы парализовать ее дыхательные движения. Сломанное ребро в теле добычи было бы губительно для самой змеи, так как при глотании оно легко пропороло бы сильно растянутую кожу змеи. Поэтому жертва поступает в желудок не только целой, но и неповрежденной.
Особый и весьма эффективный способ умерщвления добычи выработали ядовитые змеи. Ядовитые виды имеются в семействе ужеподобных, но их ядовитые зубы расположены в глубине рта и достигают тела жертвы лишь при сильном захвате его пастью змеи. Поэтому такие виды вынуждены удерживать схваченную добычу. У морских змей, аспидов, гадюк и ямкоголовых ядовитые зубы расположены впереди, так что эти змеи, нанеся быстрый укус и введя в тело жертвы порцию яда, могут отпустить жертву и подождать, когда яд окажет свое гибельное действие. Возникновение ядовитого аппарата, бесспорно, связано с важнейшей особенностью змей - заглатыванием крупной добычи целиком. Такая добыча должна быть предварительно обездвижена, и яд выполняет эту задачу самым совершенным способом. Кроме того, введение яда в тело жертвы в несколько раз ускоряет её переваривание, поскольку яд изнутри разрушает ткани тела жертвы, подготавливая их к усвоению.
Нужно отметить, что змеи редко развивают действительно внушительную скорость. Большинство видов двигается не быстрее восьми километров в час, но черная мамба, например, умеет ползать со скоростью от шестнадцати до девятнадцати километров в час.Один из основных способов движения - движение гармошкой. Змея сначала собирает все свое тело в складки, потом, закрепив кончик хвоста на одном месте, она толкает себя вперед. После этого она подтягивает заднюю часть тела, снова собираясь в складки.
Второй способ перемещения - движение гусеницей. Таким образом змеи двигаются по прямой линии и преодолевают какие-то узкие места. При этом способе змея задействует расположенные у нее на брюхе крупные чешуйки. Она погружает их в землю словно небольшие лопатки. Когда чешуйка оказывается в , змея мышцами сдвигает ее к хвосту. В итоге чешуйки по очереди отталкиваются от земли, что позволяет змее двигаться. Этот метод схож с греблей, которую люди используют для передвижения в лодках. Движение чешуи похоже на движениями .
Потрясающее зрелище
Характерное извивающееся движение используется змеями для перемещения по достаточно жесткой земле. Чтобы продвинуть себя вперед, змея упирается в корни, камни, палки и другие твердые предметы, изгибая тело в сторону. При этом способе передвижения змея сокращает боковые мышцы попеременно, что и позволяет ей ползти вперед.Такие волнообразные движения являются основой ползания змей. Со стороны это зрелище завораживает. Пресмыкающееся будто бы неподвижно лежит, но при этом для глаза перетекает вперед. Это ощущение легкости и незаметности движения обманчиво. Змеи - удивительно сильные создания, их плавные движения обеспечиваются синхронной и размеренной работой мускулатуры.
Четвертым типом движения называют боковой ход или скручивание. Он характерен в основном для змей, обитающих в пустыне. При помощи этого типа движения они по рыхлому песку, причем делают это удивительно быстро. Боковой ход называется так, поскольку сначала голова змеи смещается по диагонали вперед и в сторону, а уже затем она подтягивает тело. Сначала она опирается на заднюю часть тела, затем - на переднюю. Такой вид передвижения оставляет на песке странные параллельные отметины с характерными крючками на концах отрезков.
Существуют и другие способы передвижения змей. Райские змеи, обитающие в Индокитае, Индонезии и на Филлипинах, живут на пальмах. Если им хочется сменить место обитания, они просто перелетают на другое дерево. На самом деле они, конечно, прыгают. Перед прыжком райская змея делает очень глубокий вздох, чтобы создать воздушную камеру внутри тела, которая работает в качестве парашюта. Это позволяет ей планировать на впечатляющее расстояние до тридцати с небольшим метров.
Точно неизвестно, когда исчезли ноги в ходе эволюции у предков современных змей, но на рентгеновских снимках и сейчас можно увидеть рудиментарные остатки нижних конечностей.
Инструкция
Поскольку все змеи являются активными хищниками, отсутствие ног не повлияло на их скорость и ловкость. Конечности змеям заменяют чешуйки, которыми покрыто тело. Движения за счет сцепления чешуй с поверхностью разделяются на четыре основных типа.
Прямолинейное движение (гусеницей). Группа чешуек на брюшной стороне животного толкают тело змеи вперед, погружаясь в поверхность, подобно веслам лодки, остальные чешуи создают упор. Так одна за другой чешуи сначала оттопыриваются, затем прижимаются силой движения особой группы мышц, и змея продвигается вперед.
Волнообразное боковое движение (извивающееся). Тело змеи словно перетекает вбок, при этом происходит попеременное сокращение боковые мышц тела. Все точки тела животного, контактирующие с поверхностью, постоянно выполняют серию последовательных движений толчок, перенос, опора. За счет этих движений создается картина стремительного и легкого перемещения. Число позвонков у змей достигает 435, следовательно, и число точек изгиба примерно такое же. Чем длиннее змея, тем мощнее и стремительнее она может двигаться.
Боковой ход (скручивание). Голова пресмыкающегося уходит вбок и вперед, затем к ней подтягивается тело. При опоре на переднюю часть туловища, задняя часть выносится вперед, затем цикл повторяется наоборот. Создается ощущение, что змея ходит. Таким образом перемещается песчаная эфа.
Способы передвижения
Может показаться, что двигаться без ног очень тяжело, но змеи делают это виртуозно. Фактически они умеют передвигаться по земле четырьмя основными способами. Если один способ не подходит, то они применяют другой. Иногда, особенно на очень ровной поверхности, им приходится перепробовать все четыре способа. Ползание змей может быть достаточно стремительным, и некоторые из них способны даже погнаться за своей добычей. Однако даже самые быстрые змеи редко развивают скорость, превышающую 8 км/час. Рекорд скорости ползания составляет 16-19 км/час и принадлежит черной мамбе .
1. Движение гармошкой
Один из способов движения змеи называется движением гармошкой. Сначала змея
собирает тело в складки. Затем, удерживая кончик хвоста на месте, толкает
переднюю часть тела вперёд. И наконец подтягивает заднюю часть тела.
2. Движение гусеницей
С помощью движения гусеницей змея может двигаться по прямой линии.
Она использует это движение, когда надо преодолеть какое-нибудь узкое место.
При этом змея передвигает крупные чешуйки, расположенные на брюхе. Одна
за другой чешуйки погружаются в землю, как маленькие лопатки. Как только
чешуйка погрузилась в землю, мышцы сдвигают её по направлению к хвосту.
Одна за другой чешуйки отталкиваются от земли, и за счёт этого змея движется.
Этот же метод используют люди, когда они гребут, находясь в судне. Они погружает
весла в воду точно так же, как змеи погружают чешуйки в землю.
3. Извивающееся движение
Предназначено для перемещения по жёсткой земле. Чтобы продвинуться вперёд,
змея изгибает тело в сторону, упираясь в камни, корни, палки или другие
твёрдые предметы. При этом движении змеи попеременно сокращают мышцы у себя
на боках, так что их туловище S-образно изгибается: змея извивается и ползет.
Волнообразные изгибания тела - самый распространенный способ ползания змей.
Спокойно ползущая змея - удивительно красивое и завораживающее зрелище.
Кажется, ничего не происходит. Движения почти незаметны. Тело вроде бы неподвижно
лежит и в тоже время быстро перетекает. Ощущение легкости перемещения змеи
обманчиво. В ее удивительно сильном теле синхронно и размеренно работает
множество мускулов, точно и плавно переносящих тело. Каждая соприкасающаяся
с землей точка тела поочередно оказывается в фазе то опоры, то толчка, то
переноса вперед. И так постоянно: опора-толчок-перенос, опора-толчок-перенос...
Чем длиннее тело, тем больше изгибов и тем стремительнее движение. Поэтому
в ходе эволюции тело змей все удлинялось и удлинялось. В этом отношении
они - рекордсмены среди позвоночных животных. Число позвонков у них может
достигать 435 (у человека, для сравнения, всего 32-33).
4. Скручивание или боковой ход
- это способ движения, которым пользуются только некоторые виды змей, живущие
в пустыне. Используя этот способ, они могут быстро передвигаться по рыхлому
песку, причем движутся они так молниеносно, что за ними трудно уследить.
При этом голова змеи уходит вбок и вперед, а затем подтягивается туловище.
Змеи начинают почти ходить, если так можно сказать о совершенно безногих
существах: опираясь на заднюю часть тела, они выносят вперед переднюю, затем
- наоборот.
При этом появляются очень странные отметины в виде косых параллельных полос
с крючками на конце. Сразу и не догадаешься, что такой след могло оставить
живое существо! Именно этим способом передвигается песчаная эфа - очень
опасная змея, живущая у нас в Средней Азии.
Кроме указанных способов еще существуют некоторые весьма необычные техники передвижения. Например, в Индонезии, Индокитае, на Филиппинах обитают змеи из рода хризопелеа, подсемейства ложных ужей. Их за изящество и красоту называют райскими. Живет райская змея на пальмах, там и питается ящерицами. А если ей хочется переменить место жительства, она на другую пальму перелетает. При перелетах ее тело приобретает S-образную форму, а хвост служит рулем. Перед прыжком змея делает глубокий вздох, образуя внутри тела воздушную камеру, служащую ей как бы парашютом и позволяющую планировать на расстояние до 35 метров.
Некоторые змеи способны даже прыгать вперед, собрав сначала тело в кольца, как пружину, а затем резко его распрямив.
- Все о выращивании кроликов на мясо: советы и рекомендации Выращивание кроликов на мясо лучшая порода
- Почему крольчиха ест своих крольчат?
- Почему крольчиха разбрасывает крольчат сразу после окрола
- Советский меринос: характеристика продуктивности тонкорунных овец и особенности ухода за ними Животное меринос