Підкорюючи вертикаль або як різні тварини долають гравітацію

Підкорюючи вертикаль або як різні тварини долають гравітацію

Боротьба з силою земного тяжіння почалась відразу, як тільки тварини вийшли на суходіл: громіздкі двометрові амфібії, схожі на риб з лапами, які виповзли з Світового океану близько 360 мільйонів років тому, насилу волочили черево по землі. Адже у воді панує невагомість імені Архімеда, а от на суші стародавні тетраподи зіткнулись з силою тяжіння і одразу взялись до пошуків способів її подолання. З тих самих пір тварини – від черв'яків до шимпанзе – тягнуть своє тіло вгору, не бажаючи бути рабами поверхні землі. Втім, роблять це вони не заради свободи, а щоб знайти їжу, воду та притулок.

Підкорюючи вертикаль, тварини змушені вирішувати масу складних завдань. Прикріпити або зачепити кінцівку за слизький субстрат допомагають кігті або вакуум. Подолати прірву між гілками – планеруючий політ. Для економії енергії деякі тварини обзавелись сухожиллями, які дозволяють вхопитись і триматись, не напружуючи м'язів. Інші, щоб не витрачати зайве тепло на обігрів кінцівок, створили хитромудрий теплообмінник з судин, який дозволяє послабити обігрів лап, при цьому зберігаючи подачу в них глюкози і кисню. Словом, на кожну проблему природа пропонує десяток рішень. Ось деякі з них.

Чіпкі зябра

Серед сучасних риб є кілька видів, здатних виповзати з водойми. Зазвичай вони роблять це, коли в попередньому місці проживання закінчується вода або кисень і доводиться шукати нове. Можеш вилізти з води – залізеш і на дерево: так робить риба анабас, яка мешкає в Південній Азії від Індії до Філіппін. Анабас чіпляється колючими зябрами і анальним плавцем за кору. На суші анабас дихає атмосферним киснем за допомогою особливого «лабіринтового органа», який знаходиться під зябровою кришкою; нерідко риба закопується в бруд, де будує навколо себе твердий кокон з власного слизу, і так перечікує посуху.

Лазити по деревах здатні і мулисті стрибуни з Південно-Східної Азії (В'єтнам, Камбоджа). Повітряні корені мангрових дерев служать їм найбільш придатною опорою, оскільки мангри ростуть прямо з води, в приливно-відливній зоні. Стрибуни не бажають покидати цю багату на їжу та схованки територію і наполегливо деруться по корінню, щоб перечекати відлив.

Клешні альпініста

Коли потрібно лазити по деревах, дуже доречно мати десять ніг. Клешні крабів, створені природою для захоплення здобичі, можуть служити і спорядженням для лазіння.

Пальмовий крадій – краб, який мешкає на островах у центральній частині Тихого і Індійського океанів, викопує нори в піску або влаштовується в ущелинах каміння (улюблена схованка молодих крабів – половинки кокосів), а потім за допомогою жування кокосового волокна герметизує вхід і отримує стовідсоткову вологість, необхідну йому для дихання. За новими горіхами йому доводиться лазити на кокосові пальми. І ось тут йому дуже допомагають клешні, за допомогою яких він утримує своє масивне тіло на стовбурі. Вага дорослої тварини сягає чотирьох кілограмів, пальмовий крадій – найбільший наземний членистоногий. Він настільки пристосувався до сухопутного життя, що потоне менш ніж за добу, якщо його кинути у воду. В море ці краби ходять тільки на нерест.

Текуче тіло

Гусениці – найуспішніші травоїдні верхолази. Вони можуть за бажанням робити будь-яку частину свого тіла твердішою або м'якшою, перетікаючи, прилипаючи де завгодно і як завгодно, кожну секунду пристосовуючи форму тіла до вимог опори. Вони можуть зав'язатися у вузол, можуть, затверднувши, перекинутись містком через розрив в опорі, навіть якщо він становить 90% від їх власної довжини.

Гусениці надихають інженерів-творців міні-роботів, які повинні легко пересуватись по неоднорідним поверхням, наприклад по завалам після бомбардування.

Клейкі ноги

Величезні тарантули насправді дуже примітивні павуки: вони не плетуть тенета, а зміцнюють павутиною нірки. Але навіть вони демонструють користь павутини для лазіння: синяво-чорні, з абрикосовими смужками Antrodiaetus seemanni, виявляється, виділяють краплі клейкої павутини не лише з черевця, але і прямо з кінчиків ніг, з особливих форсунок, щоб клеїти їх до поверхні.

Деякі павуки для зручності переміщення створюють гігантські сітки. Щоб подолати розриви між гілками, вони розмахують липкою ниткою, поки не зачеплять її за субстрат. Техаські павуки Tetragnatha guatemalensis живуть мільйонними колоніями у лісах і плетуть тенета площею по кілька гектарів: справжня мережа павукових хайвеїв і мисливських угідь. Там, де для інших тварин суцільні перешкоди, павуки легко переміщуються і ловлять літаючих комах.

Слизька натура

Дрібні деревні амфібії настільки ж гарні, наскільки й отруйні. Бразильські жаби-дереволази живуть у воді, яка збирається в розетках листя бромелій, що росте високо на деревах. Здавалося б, плоскі подушечки на пальцях дереволазів завжди вологі і повинні ковзати.

Слизька шкіра – це взагалі ключова особливість будь-яких амфібій. При слабко розвинених легенях земноводним доводиться дихати ще й шкірою (а у воді – тільки шкірою). Отже, вона повинна бути завжди вологою, щоб в слизі розчинявся атмосферний кисень. Залози на поверхні тіла амфібій вирішують найрізноманітніші завдання, які з'являються в ході еволюції. Чого вартий, наприклад, знезаражувальний секрет, який виділяють долоні самців, щоб змащувати криваві пролежні, які з'являються на шкірі самок в результаті тридобового парування.

Для вертикальних переміщень деревні амфібії використовують властивість адгезії: слиз підтримує герметичність, коли їх перетинчасті лапки працюють як присоски. А що як присоски не витримають? В цьому випадку літаюча жаба, яка живе на Яві, Борнео і Суматрі, вдається до плану Б і планерує на десятки метрів за допомогою величезних перетинок між пальцями (при довжині тіла 19 см загальна поверхня розкритих перетинок жаби сягає 81 см2).

Втім, для адгезії зовсім не обов'язкові перетинки: деревний равлик, наприклад, в якості єдиної рухомої присоски використовує все своє черевце цілком.

Технічні лапи

Хамелеонам триматись на тонких гілках в кущах або кронах дерев допомагають зрощені в клешні пальці. Додатковою опорою служить чіпкий хвіст, який може скручуватись спіраллю і обвиватись навколо гілок. Останнє характерно для більшості представників родини за винятком порівняно невеликого числа видів з коротким хвостом. Але ці пристосування не годяться для чіпляння за більш товсту опору, тому хамелеони уникають гладких стовбурів великих тропічних дерев. А ось на наші сосни хамелеони, привезені з тропіків, залазять з легкістю, чіпляючись за горби і тріщини в корі, – перевірено дослідним шляхом.

Молекулярне зчеплення

Гекон – справжня ікона ніндзя-стилю. У нього на лапах є липучки, які складаються з мікровиростів епідермісу. Ці липучки являють собою природну нанотехнологію, аналог хірургічного пластиру. Гребінці липучок настільки дрібні, що здатні зачіплюватись за «нерівності» молекул, подібно до того як альпініст хапається за нерівності скелі. Говорячи мовою фізики, гекон використовує не силу тертя (яка працює при зануренні кігтя в м'яку кору), а так звані вандерваальсові сили. Завдяки цьому пристосуванню гекони можуть дертись по крутих схилах, підніматись по гладенькій стіні зі швидкістю 1 м за секунду і навіть бігати догори ногами по стелі з полірованого скла.

Музичні схильності

Деревні змії лазять дуже повільно і з великими витратами калорій, зате їм доступні абсолютно голі стовбури будь-якого діаметру. Англійська назва цього способу пересування (concertina locomotion) пов'язана із шестигранною гармошкою концертино. Рухаючись по корі, рептилія згинає своє тіло так, щоб за опору чіплялися то одні, то інші ділянки луски; ті, що вільні, – переміщаються, відштовхуючись від ділянок, де зачепилися інші. Довге тіло дозволяє вільно вибирати відповідну опору (змії можуть перекидатись мостом через прірву, як і гусениці). У разі падіння літаюча змія Chrysopelea paradisi, що мешкає в Південно-Східній Азії, починає звиватись і розсовує ребра, збільшуючи поверхню тіла. Це дозволяє їй при довжині близько 120 см долати в планеруючому польоті відстані до 100 м.

Пташині руки

Типова картина: сова сидить на гілці нерухомо, як статуя. Щоб вона могла сидіти годинами, природа створила в совиних пальцях згинальні сухожилля, які завдяки зазублинам намертво зчіплюються з навколишньою тканиною в зігнутому положенні, – так птах міцно стискає лапу, майже не витрачаючи м'язових сил.

Папуги відомі своїми дзьобами: верхня щелепа, наддзьобок, відкидається на 90 градусів, дозволяючи при лазінні в густій тропічній кроні користуватись всією головою, як третьою рукою з клешнею (до того ж у всіх птахів суглоби в шийних хребцях обертаються в двох площинах, що полегшує рух). Дятел лазить десятки годин по корі, вистукуючи личинок: його лапи дуже чіпкі, а в хвості є особливі жорсткі пір'їни-стрижні, які створюють упор.

Існують птахи, які чіпляються «руками»: у пташенят гоацина з Південної Америки на передніх кінцівках є кігті, прямо як у динозаврів, щоб лазити по гілках. Правда, пташенята часто зриваються, але без травм: гнізда гоацини плетуть над річками, а відмінно плавати вони вміють з раннього віку.

Прийоми ссавців

Способів пересування по деревах у ссавців безліч. Австралійські коали мають унікальне поєднання кігтів і рельєфних візерунків на поверхні долонь; у деревних дикобразів з невеликого хряща виріс шостий палець, щоб зробити хапальну руку; деревні мурахоїди мають чіпкий хвіст і кігті, завдяки яким легко встають на задні лапи; мангусти, спускаючись по стовбуру, вивертають стопу на 120 градусів, щоб кігті працювали проти гравітації.

Міцні пальці

Найменші лазячі звірі – гризуни. Вони освоюють опори, які не можна охопити п'ятірнею. Миша-крихітка має рухливі мозолі у вигляді 3-4 ковпачків на долонях і стопах, якими може стискати травинки. До мозолів підходять сухожилля особливих м'язів, які і забезпечують хватку.

Великим ссавцям непросто лазити: їх центр тяжіння явно далі від опори, а значить, обертаючий момент, який може їх звалити, досить великий. Тому найбільша деревна тварина, яка чіпляється кігтями, – трикілограмова індійська білка Ratufa indica (кішки і ведмеді не беруться до уваги, вони залазять на дерева лише для відпочинку чи щоб спокійно поїсти).

Пальці на лапах забезпечують більш надійну хватку, ніж кігті. Тому пальцехапаючі примати бувають і 15, і 20 кг. Не втримавшись на гілці, вони завжди можуть просто повиснути під нею. Деякі, до речі, висять так постійно, для цього в гру знову вступають кігті, але тільки рекордної сили та довжини (7 см), як у лінивця. Вся будова лінивців пристосована до зависання під гілками, навіть шерсть у них росте від черева до хребта.

Спритні створіння

Королі лазіння, це, звичайно, примати. Винахід нашого ряду – нігті замість кігтів. Плоска пластина нігтя стабілізує м'яку плоску подушечку (інакше вона б розтеклась під навантаженням), на поверхні шкіри – візерунок ліній і борозен для збільшення тертя (крім приматів відбитки пальців є лише у коал). При контакті з мокрою поверхнею візерунок ще й зморщується, як у нас після ванни. До речі, якщо перерізати чутливі нерви кисті, цей ефект пропаде, тобто це не «розмокання» шкіри, як багато хто думає, а рефлекс, який створює додаткове тертя. У мавп-павуків, які мешкають в основному в лісах Бразилії, «долонька» (шкіра з рельєфним візерунком) є і на хвості, щоб було легше чіплятись.

При хапанні пальцями добре лазити по гілках невеликого діаметра: якщо крутонуло, можна зависнути під гілкою. Саме на гілках малого діаметра, які ростуть на периферії крони, сформувався ряд приматів. Перші примати, ровесники динозаврів, збирали тут комах і фрукти. Але як бути з гладкою опорою великого діаметру, де пальці не допоможуть? У найменших мавпочок ігрунок (влазять у чарку) на руках збереглись кігтики, а на великих пальцях стоп сформувались нігті. Примати використовують пазурі на великих стовбурах і несуться по них вгору, як білки, чіпляючись кігтями. Хапальні ноги стають в нагоді в кроні, де тонкі гілки (і багато смачних комах). Виходить такий повний привід. А ось мадагаскарські лемури – задньоприводні, вони відштовхуються задніми ногами для стрибків від однієї вертикальної опори до іншої, на ноги ж і приземляються.

Інший варіант: ніколи не злазити з дерева і стати чемпіоном по лазінню в тонких гілках. Азіатський лорі майже втрачає вказівні пальці, і всі чотири ноги перетворюються в клешні для лазіння. Лорі годинами висить, вчепившись у гілки, і, щоб не переохолоджуватись холодними ночами в’єтнамських гір, заощаджує енергію, обігріваючи лише корпус.

Серед найбільших деревних мешканців – гібони, жителі Південно-Східної Азії. Вони не лазять, а літають. Брахіація – це спосіб пересування, коли все тіло розгойдується, як маятник, на довгій руці, потім відривається і летить до наступної гілки. Пальці зростаються в гаки, щоб чіплятись і розгойдуватись, спина випрямлена. Остання риса послужила запорукою прямоходіння у нащадків (австралопітеки походять від брахіаторів). Цей вид деревної локомоції красивий, але ризикований: серед 233 скелетів гібонів, досліджених у 30-ті роки XX століття Цюріхським антропологом Адольфом Шульцем, близько третини мали сліди зарослих переломів.

Страхувальна п'ятка

Вище за всіх скачуть по горах козли, копита яких чудово пристосовані до гірських ландшафтів. Міцна рогова речовина копит цих тварин швидко відростає, тому вони не «зношуються» від стирання об гостре каміння. Між пальцями подвійних копит висунутий язичок шкіри, для кращого зчеплення з нерівностями – «п'ятка», яка стирчить між пальців. Мало того, між пальцями у них знаходиться волосяний ґніт, по якому до копит подається з міжпальцевої залози рідке сало – пластифікатор, який додає копиту еластичності і тим самим поліпшує його зчеплення з поверхнею скель. Все це дозволяє тваринам при русі по скелях і крутих схилах чіплятись за ледь помітні нерівності і не ковзати при бігу по обмерзлому снігу.

Боротьба людини

Що є у людини для лазіння? На перший погляд суцільні мінуси. Велика вага, зовсім не ціпкі ноги. Правда, у нас є візерунок на долонях, випрямлений хребет і шарнір в плечовому суглобі, а також ключиці, необхідні, щоб висіти на руках.

Страх зірватись і впасти, ймовірно, спадщина предків, які переходили від деревного способу життя до наземного, втрачаючи здатність лазіння. І все ж багато людей готові перетнути пів-Землі, щоб залізти на недоступну вершину. Можливо, їм приносить задоволення почуття контролю над гравітацією – одвічним ворогом всіх, хто живе на суші.

X

Вхід

Завантажую...