Jak poruszają się węże. Węże pełzają z powodu nierównomiernego współczynnika tarcia i ciągłej redystrybucji ciężaru
Amerykańscy badacze odkryli mechanizm ruchu węży. Poinformowało o tym Science NOW, a badacze pojawili się w czasopiśmie Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
W pierwszym etapie badań naukowcy zbadali właściwości skóry na brzuchu 10 węży królewskich Campbella ( Lampropeltis triangulum campbelli) - małe gady o długości około 35 centymetrów.
Po ich uspokojeniu badacze przenieśli węże różne powierzchnie. W rezultacie udało im się ustalić, że podczas poruszania się po gładkiej powierzchni siła tarcia jest w przybliżeniu taka sama we wszystkich kierunkach. Jeśli powierzchnia jest nierówna, wówczas dwa razy trudniej jest przesunąć węża na boki niż do przodu. Ponadto przesunięcie do tyłu jest półtora razy trudniejsze niż przesunięcie do przodu.
Jeśli spróbujesz przechylić śliską powierzchnię, wąż może pokonać przechylenie o maksymalnie siedem stopni:
Następnie naukowcy przeanalizowali filmy przedstawiające poruszające się węże. Wcześniej naukowcy wiedzieli, że podczas pełzania wąż wysyła przez swoje ciało rodzaj „fali”. Naukowcom udało się ustalić, że podczas przejścia „fali” gad unosi niektóre części ciała, zmniejszając siłę tarcia na powierzchni w niepotrzebnych miejscach i zwiększając ją w miejscach odpychania ciała.
Wprowadzając zebrane informacje do komputera, naukowcy otrzymali model węża, który poruszał się tak szybko, jak jego żywe odpowiedniki:
Według naukowców nowe wyniki można wykorzystać do stworzenia nowej generacji robotów, które będą mogły poruszać się jak węże. Mechanizmy takie mogą przydać się np. przy poszukiwaniu i ratowaniu osób uwięzionych pod gruzami zniszczonych budynków.
Nowa praca została pozytywnie przyjęta przez ekspertów w tej dziedzinie. Wielu zauważa, że rola łusek w ruchu węży jest znana od ponad 60 lat, ale amerykańskim badaczom po raz pierwszy udało się zebrać w całość wszystkie szczegóły ruchu gada i osiągnąć dobrą zgodność między modelem a prawdziwy ruch węża.
Ruch węży jest pełen uroczej oryginalności. Widok cicho przesuwającej się wijącej się wstęgi robi na widzu niezatarte wrażenie i dostarcza estetycznej przyjemności. Jednak typowy, tak zwany ruch „węża” nie jest bynajmniej jedyną metodą stosowaną przez węże. W różnych warunkach życia, na różnych podłożach, różne węże rozwinęły szereg specjalnych rodzajów ruchu. W przypadku ruchu „serpentynowego” ciało wygina się w sposób przypominający falę, a powstałe fale wydają się płynąć wzdłuż ciała od głowy do ogona. Wygięta w łuk część korpusu, ułożona skośnie do kierunku ruchu, opiera się o podłoże i wytwarza siłę pchającą. Jest skierowany pod kątem do ruchu, ale można go rozłożyć na dwie składowe - prostopadłą i równoległą do linii ruchu. Pierwszy element jest tłumiony przez opór podpory, a drugi popycha korpus do przodu.
Zatem im więcej zakrętów, tym większa całkowita siła napędowa. Dlatego węże korzystające z tej metody poruszania się mają zwykle długie, elastyczne i smukłe ciało. Są to na przykład węże i węże – aktywne węże, które tropią i doganiają swoją ofiarę. Zauważmy jednak, że prędkość rozwijana przez Węża nawet podczas najszybszego szybowania z reguły nie przekracza 6-8 km na godzinę, a u wielu gatunków nie osiąga nawet 5 km na godzinę. Dlatego osoba może z łatwością dogonić dowolnego węża, jeśli zawody odbywają się na otwartej przestrzeni. Wielu czytelników prawdopodobnie interesuje również wynik odwrotny: możemy śmiało zagwarantować, że wąż nie będzie w stanie dogonić człowieka, nawet jeśli naprawdę tego chce. Jednak ta opcja ma jedynie znaczenie teoretyczne, ponieważ węże nigdy nie gonią człowieka.
Ponieważ ruch typu serpentynowego wykorzystuje podparcie na podłożu, skuteczność ruchu zależy od chropowatości podłoża. Zatem wąż nie może poruszać się po gładkim szkle: ciało wije się, ale zwierzę pozostaje na miejscu. Oprócz gładkiego podłoża, podłoże luźne – ruchome piaski pustynne, niepodparte roślinnością – również zapewnia słabe podparcie dla organizmu. W tych warunkach niektóre gatunki węży (żmija piaskowa, żmija ogonowa, grzechotnik rogaty) rozwinęły specjalny rodzaj ruchu - „ruch boczny”. Rzeczywiście, patrząc na poruszającą się fafę, masz pewność, że pełza ona nie do przodu, ale jakby na boki. Wyciągając tylną część ciała do przodu, rzuca ją do przodu nie dotykając podłoża, a następnie opierając się na całym boku ciała, podciąga przednią część. Przy takim ruchu ślad nie jest ciągły, ale składa się z oddzielnych równoległych pasów z haczykowatymi końcami, umieszczonych pod kątem do linii ruchu. Dzięki tej metodzie ruchu podparcie jest solidniejsze, a wąż dosłownie „przechodzi” z jednej ścieżki na drugą.
Ten rodzaj ruchu jest asymetryczny, więc obciążenie mięśni jest nierównomierne. Aby to wyrównać, wąż musi okresowo zmieniać „roboczą stronę” swojego ciała - czołgać się lewą lub prawą stroną do przodu. Niektóre gatunki węży nie ścigają ofiary, ale ją strzegą, leżąc nieruchomo w zasadzce. Takie węże są nieaktywne, a ich ciało jest zwykle grube i krótkie. Nie są zdolni do wykonywania pełnych wdzięku ruchów przypominających węża i muszą porzucić tę metodę, przechodząc na ruch prostoliniowy lub gąsienicowy. Jest to szczególnie widoczne u dużych i krótkich żmij afrykańskich (maniok, żmija hałaśliwa).
Ciało pełzającej żmii w ogóle się nie wygina, a patrząc z góry wydaje się, że po prostu unosi się na powierzchni. Z boku wyraźnie widać, jak seria skurczów i rozciągań przebiega wzdłuż brzucha, przesuwając węża do przodu. Zygzakowaty wzór po bokach ciała zdaje się ożywać, jego kąty albo maleją, albo zwiększają się i wydaje się, że żmija „chodzi” na kilkunastu parach krótkich nóg. W ruchu węży, szczególnie przy tej drugiej metodzie, ważną rolę odgrywają rozszerzone łuski brzuszne. Mogą ściśle przylegać do siebie, tworząc gładką powierzchnię lub poprzez napinanie mięśni brzucha ich tylna krawędź zostaje obniżona i powstaje dobre podparcie. Manewrując łuskami brzusznymi, wąż może wytworzyć przyczepność i odwrotnie; zapewniają ślizg po różnych częściach ciała. Znaczenie łusek brzusznych potwierdza fakt, że węże morskie, żyjące całe życie w środowisku wodnym, utraciły je. Ich brzuch pokryty jest tymi samymi małymi łuskami, co plecy. I tak, jeśli taki wąż zostanie wciągnięty na ląd, wije się, ale prawie nie jest w stanie poruszać się po stałym podłożu. Węże ryjące, pływające i nadrzewne mają specjalne przystosowania do ruchu, co zostanie omówione przy opisie tych gatunków.
Węże żywią się szeroką gamą zwierząt, od robaków, mięczaków i owadów po ryby, ptaki, gryzonie i małe zwierzęta kopytne. Wszystkie węże są mięsożerne, a zdecydowana większość poluje na żywą zdobycz. Tylko niektóre gatunki wykazują czasami upodobanie do padliny (żmija perska, pysk wodny). Wszystkie węże połykają swoją ofiarę w całości, nie rozrywając jej ani nie przeżuwając. Dieta zależy od wielkości węża; Duże gatunki żywią się odpowiednio większą ofiarą. Skład pożywienia zmienia się znacznie wraz z wiekiem: młode osobniki większości węży żywią się małymi bezkręgowcami, a dorośli zwykle przestawiają się na żerowanie na kręgowcach.
Tylko małe gatunki węży (ślepe węże, contia itp.) przez całe życie żywią się owadami, robakami itp. Wiele węży ogranicza się do określonych pokarmów, a czasami specjalizacja posuwa się tak daleko, że powoduje dramatyczne zmiany w strukturze szkielet układu dentystycznego. Na przykład u afrykańskiego węża jajecznego, który żywi się wyłącznie jajami ptasimi, liczba zębów zmniejszyła się, stały się one małe i tępe, a wyrostki kręgowe perforujące przełyk tworzą ostrą „piłę do jaj”, która służy do krojenia skorupki jajka. Dzięki rozciągliwości pyska i pokrycia ciała węże mogą połknąć ofiarę 2-3 razy grubszą od siebie. Jednak te zdolności też mają swoje granice i nawet 10-metrowy boa dusiciel czy pyton nie jest w stanie połknąć dorosłego konia czy krowy, jak często relacjonują „naoczni świadkowie” po powrocie z odległych podróży.
Największe zwierzęta, jakie kiedykolwiek połknęły boa dusiciele, osiągały rozmiary świni lub sarenki. Węże połykają żywcem schwytaną ofiarę, jeśli jest mała i nie stawia silnego oporu. W przypadku dużej i silnej ofiary stosuje się różne metody uśmiercania, przede wszystkim uduszenie pierścieniami na ciele. Technikę tę stosują boa dusiciele i większość węży colubrid. Należy zauważyć, że uduszony boa dusiciel nie miażdży żeber swojej ofiary, jak to często opisuje się. Uciska ofiarę na tyle, że paraliżuje jej ruchy oddechowe. Złamane żebro w ciele ofiary byłoby śmiertelne dla samego węża, ponieważ połknięte z łatwością przebiłoby mocno rozciągniętą skórę węża. Dlatego ofiara wchodzi do żołądka nie tylko w całości, ale także nieuszkodzona.
Jadowite węże opracowały specjalną i bardzo skuteczną metodę zabijania ofiary. Gatunki trujące występują w rodzinie węży, jednak ich jadowite zęby umiejscowione są w głębi jamy ustnej i docierają do ciała ofiary dopiero wtedy, gdy zostanie ona mocno złapana przez paszczę węża. Dlatego takie gatunki są zmuszone trzymać się schwytanej ofiary. U węży morskich, żmij, żmij i żmij jamistych jadowite zęby znajdują się z przodu, dzięki czemu węże te po szybkim ukąszeniu i wstrzyknięciu porcji trucizny do ciała ofiary mogą uwolnić ofiarę i poczekać na truciznę, która ma fatalny skutek. Pojawienie się jadowitego aparatu niewątpliwie wiąże się z najważniejszą cechą węży – połykaniem dużej ofiary w całości. Taką ofiarę należy najpierw unieruchomić, a jad spełnia to zadanie w sposób najdoskonalszy. Ponadto wprowadzenie trucizny do ciała ofiary kilkakrotnie przyspiesza jej trawienie, ponieważ trucizna od wewnątrz niszczy tkanki ciała ofiary, przygotowując je do wchłaniania.
Należy zauważyć, że węże rzadko rozwijają naprawdę imponujące prędkości. Większość gatunków porusza się nie szybciej niż osiem kilometrów na godzinę, ale na przykład mamba czarna może pełzać z prędkością od szesnastu do dziewiętnastu kilometrów na godzinę.Jedną z głównych metod ruchu jest ruch akordeonowy. Wąż najpierw gromadzi całe ciało w fałdy, następnie umocowując czubek ogona w jednym miejscu, popycha się do przodu. Następnie podciąga tył ciała, ponownie zbierając się w fałdy.
Drugim sposobem poruszania się jest poruszanie się gąsienicą. W ten sposób węże poruszają się po linii prostej i pokonują wąskie miejsca. Dzięki tej metodzie wąż wykorzystuje duże łuski znajdujące się na brzuchu. Wbija je w ziemię jak małe łopatki. Kiedy łuska jest w zasięgu, wąż używa mięśni, aby przesunąć ją w stronę ogona. W rezultacie łuski są kolejno odpychane od ziemi, co umożliwia wężowi poruszanie się. Metoda ta przypomina wiosłowanie, którego ludzie używają do poruszania się na łodziach. Ruch łusek jest podobny do ruchów.
Niesamowity widok
Charakterystyczny ruch wijący się wykorzystywany jest przez węże do poruszania się po dość twardym podłożu. Aby ruszyć do przodu, wąż napiera na korzenie, kamienie, patyki i inne twarde przedmioty, wyginając ciało na bok. Dzięki tej metodzie ruchu wąż naprzemiennie napina mięśnie boczne, co pozwala mu czołgać się do przodu.Takie falowe ruchy są podstawą pełzania węży. Z zewnątrz ten spektakl jest hipnotyzujący. Gad wydaje się leżeć w bezruchu, ale jednocześnie płynie do przodu dla oka. To uczucie lekkości i niedostrzegalności ruchu jest zwodnicze. Węże to niezwykle silne stworzenia, a ich płynne ruchy zapewnia zsynchronizowana i wyważona praca mięśni.
Czwarty rodzaj ruchu nazywany jest ruchem bocznym lub skręcaniem. Jest charakterystyczny głównie dla węży żyjących na pustyni. Dzięki tego typu ruchom poruszają się po sypkim piasku i robią to zaskakująco szybko. Ruch boczny nazywa się tak, ponieważ głowa węża najpierw przesuwa się ukośnie do przodu i na bok, a dopiero potem podciąga ciało. Najpierw opiera się na tylnej części ciała, potem na przodzie. Ten rodzaj ruchu pozostawia na piasku dziwne, równoległe ślady z charakterystycznymi haczykami na końcach segmentów.
Istnieją inne sposoby poruszania się węży. Rajskie węże, występujące w Indochinach, Indonezji i na Filipinach, żyją na palmach. Jeśli chcą zmienić swoje siedlisko, po prostu odlatują na inne drzewo. W rzeczywistości oczywiście skaczą. Przed skokiem rajski wąż bierze bardzo głęboki oddech, aby stworzyć w swoim ciele komorę powietrzną, która działa jak spadochron. Pozwala jej to szybować na imponującą odległość do trzydziestu metrów.
Nie wiadomo dokładnie, kiedy nogi zniknęły w trakcie ewolucji u przodków współczesnych węży, ale na zdjęciach rentgenowskich nadal można zobaczyć szczątkowe pozostałości kończyn dolnych.
Instrukcje
Ponieważ wszystkie węże są aktywnymi drapieżnikami, brak nóg nie wpływa na ich szybkość i zwinność. Kończyny węży zastąpione są łuskami pokrywającymi ciało. Ruchy spowodowane przyleganiem łusek do powierzchni dzielą się na cztery główne typy.
Ruch prostoliniowy (gąsienica). Grupa łusek na brzusznej stronie zwierzęcia wypycha ciało węża do przodu, zanurzając się w powierzchnię niczym wiosła łodzi, pozostałe łuski zatrzymują. Tak więc, jedna po drugiej, łuski najpierw wystają, następnie są dociskane siłą ruchu specjalnej grupy mięśni, a wąż porusza się do przodu.
Ruch boczny przypominający falę (wijący się). Ciało węża wydaje się płynąć na boki i następuje naprzemienny skurcz mięśni bocznych ciała. Wszystkie punkty ciała zwierzęcia stykające się z powierzchnią stale wykonują serię następujących po sobie ruchów: pchanie, noszenie, podparcie. Dzięki tym ruchom powstaje obraz szybkiego i łatwego ruchu. Liczba kręgów u węży sięga 435, dlatego liczba punktów zgięcia jest w przybliżeniu taka sama. Im dłuższy wąż, tym potężniejszy i szybszy może się poruszać.
Ruch boczny (skręcanie). Głowa gada porusza się na boki i do przodu, a następnie ciało jest przyciągane do niej. Opierając się na przedniej części ciała, tylną część przesuwamy do przodu, po czym cykl powtarzamy w odwrotnej kolejności. Mam wrażenie, że chodzi wąż. W ten sposób porusza się piaskowy otwór.
Metody transportu
Może się wydawać, że poruszanie się bez nóg jest bardzo trudne, ale węże radzą sobie z tym po mistrzowsku. Tak naprawdę wiedzą, jak poruszać się po lądzie na cztery główne sposoby. Jeśli jedna metoda nie jest odpowiednia, stosuje się inną. Czasami, szczególnie na bardzo płaskiej powierzchni, trzeba wypróbować wszystkie cztery metody. Pełzanie węży może być dość szybkie, a niektóre z nich potrafią nawet ścigać swoją ofiarę. Jednak nawet najszybsze węże rzadko osiągają prędkość przekraczającą 8 km/h. Rekord prędkości pełzania wynosi 16-19 km/h i należy do czarna Mamba.
1. Ruch akordeonowy
Jeden ze sposobów poruszania się węża nazywany jest ruchem akordeonowym. Najpierw wąż zbiera swoje ciało w fałdy. Następnie trzymając czubek ogona w miejscu, wypycha przód ciała do przodu. I wreszcie napina tył ciała.
2. Śledź ruch
Za pomocą ruchu gąsienicy wąż może poruszać się po linii prostej. Używa tego ruchu, gdy musi pokonać jakieś wąskie gardło. W tym samym czasie wąż porusza dużymi łuskami umieszczonymi na brzuchu. Łuski jedna po drugiej zapadają się w ziemię niczym małe łopatki. Gdy tylko łuski opadną na ziemię, mięśnie przesuwają je w stronę ogona. Łuski jedna po drugiej są odpychane od ziemi, dzięki czemu wąż się porusza. Jest to ta sama metoda, której używają ludzie, gdy wiosłują na łodzi. Zanurzają wiosła w wodzie, tak jak węże zanurzają swoje łuski w ziemi.
3. Ruch skręcający
Zaprojektowane do poruszania się po twardym podłożu. Aby ruszyć do przodu, wąż wygina swoje ciało w bok, opierając się o kamienie, korzenie, patyki lub inne twarde przedmioty. Podczas tego ruchu węże naprzemiennie napinają mięśnie po bokach, tak że ich ciało zgina się w literę S: wąż wije się i pełza.
Najczęstszym sposobem pełzania węży jest falowe zginanie ciała. Spokojnie pełzający wąż to niezwykle piękny i urzekający widok. Wydaje się, że nic się nie dzieje. Ruchy są prawie niezauważalne. Ciało zdaje się leżeć w bezruchu, a jednocześnie szybko płynie. Poczucie łatwości poruszania się węża jest zwodnicze. W jej niesamowicie silnym ciele wiele mięśni pracuje synchronicznie i miarowo, poruszając ciałem precyzyjnie i płynnie. Każdy punkt kontaktu ciała z podłożem na przemian znajduje się w fazie podparcia, pchnięcia lub przeniesienia do przodu. I tak ciągle: podparcie-pchnięcie-przeniesienie, podparcie-pchnięcie-przeniesienie... Im dłuższe ciało, tym więcej wygięć i szybszy ruch. Dlatego w trakcie ewolucji ciało węży stawało się coraz dłuższe. Pod tym względem są rekordzistami wśród kręgowców. Liczba kręgów w nich może osiągnąć 435 (dla porównania u ludzi tylko 32-33).
4. Ruch skręcający lub boczny
- Jest to sposób poruszania się stosowany tylko przez niektóre gatunki węży żyjących na pustyni. Dzięki tej metodzie mogą szybko poruszać się po luźnym piasku, a poruszają się tak szybko, że trudno za nimi nadążyć. W tym przypadku głowa węża przesuwa się na boki i do przodu, a następnie ciało jest podciągane. Węże zaczynają prawie chodzić, jeśli można tak powiedzieć o stworzeniach całkowicie beznogich: opierając się na tylnej części ciała, przenoszą przednią część do przodu, a następnie odwrotnie.
W tym przypadku pojawiają się bardzo dziwne ślady w postaci ukośnych równoległych pasków zakończonych haczykami. Nie od razu byś się domyślił, że taki ślad może zostawić żywa istota! W ten sposób porusza się efa piaskowa, bardzo niebezpieczny wąż żyjący tu w Azji Środkowej.
Oprócz tych metod nadal istnieją bardzo nietypowe techniki ruchu. Na przykład w Indonezji, Indochinach i na Filipinach żyją węże z rodzaju Chrysopelea, podrodziny fałszywych węży. Nazywa się je niebiańskimi ze względu na swój wdzięk i piękno. Rajski wąż żyje na palmach, gdzie żywi się jaszczurkami. A jeśli chce zmienić miejsce zamieszkania, leci na inną palmę. Podczas lotu jego ciało przybiera kształt litery S, a ogon służy jako ster. Przed skokiem wąż bierze głęboki oddech, tworząc w swoim ciele komorę powietrzną, która służy jako rodzaj spadochronu i pozwala mu szybować na odległość do 35 metrów.
Niektóre węże potrafią nawet skoczyć do przodu, najpierw zbierając swoje ciało w pierścienie jak sprężyna, a następnie gwałtownie je prostując.