Пересування двоногим з кенгуру
Новий Південний Уельс
Кенгуру, пересування
Пересування двоногих у кенгуру (біпеді):
У всіх частинах світу ссавці використовують усі 4 ніжки для руху, крім Австралії. Кенгуру (група Macropodinae) стрибають і стрибають на двох задніх лапах. Вони стали двоногими. Тільки чому?
Завдяки своїм надзвичайним здібностям стрибати (до 3 метрів у висоту та 12 метрів у ширину), кенгуру можуть дуже швидко досягати високої швидкості під час бігу та утримувати його на місцевості, заповненій перешкодами.
Висота і ширина стрибка є результатом сили ніг та довжини сили, так званої відстані пружини щодо маси тіла. Чим більше маса тіла, тим більшою має бути сила. Ось чому маса тіла для стрибків тварин обмежена вгору, завдяки чому великі кенгуру досягають цієї межі приблизно з 90 кг.
Давайте детальніше розглянемо взаємозв’язок між силою м’язів та масою тіла:
Сила м'яза залежить головним чином від кількості всіх скорочуються м'язових волокон і, отже, від поперечного перерізу м'яза (якщо ігнорувати деякі хитрощі, які "запасає" природа). Коли радіус поперечного перерізу м’яза подвоюється, його сила збільшується в квадраті.
Оскільки м’яз також має об’єм, його маса змінюється в кубічній формі.
У фізіології це неминуче має подальші наслідки: якщо маса м'яза і, отже, його працездатність збільшується, всі органи, що постачають м'язи, повинні також збільшити свою працездатність, тобто всі внутрішні органи від легенів до травної системи вимагають збільшення працездатності, що можливо лише за рахунок збільшення його маси. Крім того, скелетну систему потрібно було б пристосувати до більшої сили, що в свою чергу призвело б до збільшення ваги скелета.
Через ці взаємозв'язки маса тіла тварин, що стрибають, обмежена вгору, дрібні, легкі тварини стрибають порівняно вище і далі, ніж великі (приклад блохи відомий).
Для збільшення довжини пружини стопа є стають довшими і при швидшому русі лише кінчики пальців ніг торкаються землі (подібні - аналогові, збіжні - розвиток у копитних).
Кількість пальців на ногах зменшено - 4-й палець сильно збільшений і використовується для відбитку при стрибках, 5-й палець забезпечує рівновагу, 2-й і 3-й пальці дивно зливаються і використовуються для догляду, 1-й палець. Палець ноги повністю відсутній.
Причини еволюції двоногих стрибкових локомоцій?
Для стрибка потрібно одночасно відштовхнути всі ноги від землі. Центр ваги тіла повинен швидко опуститися нижче основної сили подачі. Це працює само по собі з двоногими. Для балансування використовується довгий хвіст. (Останнє, мабуть, не обов'язково із сортів, що доводить людина та жаби).
Величезна м’язова маса задніх лап забезпечує необхідну силу. Енергія, необхідна для скорочення м’язів, забезпечується спалюванням глюкози за допомогою кисню (дихання або дисиміляція клітин). Зараз при багаторазових стрибках споживається стільки кисню, що запаси не встигають. М'яз перемикається на виробництво енергії без кисню, на приготування їжі, завдяки чому виробляється і накопичується молочна кислота. Останнє призводить до м’язової втоми (людина в кінці 100-метрової пробіжки). Крім того, лише невелика кількість енергії отримується під час варіння в порівнянні з окисною енергією (розпад глюкози з киснем = дисиміляція).
Кенгуру впоралися з цією проблемою, тренуючи задні лапи в котушки. В результаті велика частина енергії удару зберігається під час стрибка (при «нормальних» чотириногих вона втрачається у вигляді тепла) і використовується для наступного стрибка.
Давайте проілюструємо це. Під час стрибка кенгуру відривається від землі обома задніми ногами одночасно (див. Фотографії), розмахуючи ними далеко вперед і знову одягаючи їх назад. Енергія удару настільки велика, що зазвичай побудовані ноги ламаються. У випадку з кенгуру задні лапи підгинаються в суглобах при ударі, а сили, що виникають, поглинаються органами з пружними властивостями. По суті, ці сухожилля - особливо ахіллове сухожилля - можна розтягнути, як банджі. Потім сухожилля знову стискаються, звільняють накопичену енергію і гарантують, що ноги знову розтягнуться, змушуючи тіло тварини підніматися від землі для наступного стрибка.
Ефективність стрибків в основному зумовлена пружинною дією сухожиль, що, звичайно, не коштує жодної енергії. Але, як і при будь-якому перетворенні енергії, виникають втрати енергії, які потрібно компенсувати силою м’язів. (Розмір збитків вказується по-різному залежно від автора.)
В експериментах із "звичайними" ссавцями на біговій доріжці споживання кисню (міра споживання енергії) зростає в кілька разів із збільшенням швидкості (понад 30 км/год), тоді як споживання енергії у кенгуру залишається практично незмінним.
Передні ноги, завдання
Спеціалізація задніх ніг у швидкому русі означала, що передні ноги могли брати на себе інші завдання: хапати, допомагати приймати їжу, доглядати (див. Малюнки внизу), і лише другорядним завданням є підстригання при повільному русі. В процесі еволюції відбулося зменшення розмірів, оскільки будівельні зусилля могли бути нижчими. У той же час всі п’ять пальців з пазурами залишалися в еволюції.
Переваги біпедії в кенгуру:
Необхідність швидкого втечі не може бути причиною розвитку двоногих кенгуру. Наприклад, чотириногі газелі такі ж швидкі. Від кого повинні тікати великі кенгуру? Будучи найбільшим сухопутним хижаком в Австралії, вовк не був придатним для створення достатнього тиску селекції, як і пізньо імпортний динго.
Щось зовсім інше, мабуть, було вирішальним. Через весняну конструкцію задніх ніг м’язам не доводиться виконувати основну роботу, вони майже не розігріваються і не повинні охолоджуватися. Це економить велику кількість води, оскільки в іншому випадку вода повинна випаровуватися при диханні, щоб отримати холодне випаровування.
Австралія протягом мільйонів років була найсухішим континентом із яскраво вираженими степами та саванами. Великі відстані повинні були подолати тварини до наступного водяного отвору та до наступного пасовища (свіжа трава, що виросла після місцевої грози). Завдяки стрибковій здатності кенгуру вони можуть це робити, не втрачаючи занадто багато води.
Сухість цього континенту зробила необхідним розвиток двоногих стрибків.
Поява двоногих стрибків у інших лохів показує, що цей тип пересування є адаптацією до життя в посушливих районах: тушканчики трапляються в Сахарі, а щури-кенгуру в пустельних посушливих регіонах Америки.
Недоліки біпедії:
З цією спеціалізацією прийнято вважати, що повільний рух (з кенгуру навіть «п’ятиногим», оскільки хвіст * діє як свого роду п’ята нога) витрачає більше енергії, ніж у чотириногих друзів - зі швидкістю 5 км/год приблизно в чотири рази більше, ніж з іншим соском Розмір.
Задні ноги та їх суглоби повинні були бути жорсткими через велике навантаження під час стрибків, так що надзвичайні зміни напрямку під час швидкого руху навряд чи можливі або навіть рух назад неможливий, що можна побачити на узбіччях доріг Австралії. У той же час задні кінцівки не можна переміщати незалежно один від одного, принаймні на суші, але на подив це можливо у воді під час плавання.
Крім того, обмеження розмірів цієї групи тварин є значним, оскільки у великих тварин взаємозв'язок між "корисним навантаженням" та масою необхідних рухових м'язів буде неекономічним. Слон просто не може стрибнути.
* При повільному русі хвіст служить своєрідною п’ятою ногою. Застосовується для одночасного підняття задніх ніг і для можливості висунути їх вперед (див. Малюнок посередині).