Татьяна Жданова - Сотворенная природа глазами биологов
Великолепно сконструированная и хорошо координируемая опорно-двигательная система позвоночных животных представляет собой множество звеньев, подвижно соединенных в суставах. Эти суставы допускают поворот одного звена относительно другого.
Соответственно они обладают одной, двумя и тремя степенями свободы и придают телу высокую подвижность, гибкость и маневренность.
Рассмотрим некоторые примеры использования млекопитающими этого великолепного дара, позволяющего им осуществлять удивительно разнообразные движения.
Скоростной бег. Чтобы спастись от врага или, наоборот, догнать жертву, животным, особенно обитателям открытых пространств, необходим быстрый бег. Развивать большую скорость и двигаться прыжками им позволяет пальцехождение, то есть опора на фаланги пальцев.
К пальцеходящим животным относятся хорошо знакомые нам собаки. Причем скорость их бега обусловлена еще и особым устройством системы мышц и сухожилий ног. Они обеспечивают не только попеременное сокращение и расслабление мышц, но и создают, подобно передаточному механизму автомашины, постоянное крутящее усилие.
Гармонично и совершенно устроены представители семейства кошачьих. Каждая часть их тела не только по-особому изящна, создает неповторимую грацию животного в движении и в состоянии покоя, но еще и предельно функциональна – в любой момент может обеспечить защиту или стать орудием нападения. В эту группу входят такие дикие звери, как тигры, пантеры, леопарды, львы, ягуары, рыси, гепарды.
Так, гепард, принадлежащий к самым быстроногим млекопитающим, способен развивать скорость до 110 километров в час. Механизм его перемещения во время бега состоит в одновременном выбрасывании вперед двух передних конечностей, а за ними обеих задних. И тогда при максимальной скорости бега они едва касаются земли. Ведь после распрямления все четыре ноги оказываются в воздухе, и животное как бы летит над землей.
Такой высокоскоростной бег гепарда известен многим обитателям саванн. Если газели могут подпустить к себе львов даже на 200 метров, то появление гепарда и на значительно большем расстоянии обращает стадо в бегство.
Ловкость жителей гор. На первый взгляд может удивить, что самым быстрым бегом в горах отличаются копытные. Ведь, казалось бы, копыта – не самые подходящие средства для лазания. Взять хотя бы лошадей – они действительно с трудом ходят по склонам. Но лишь настоящие обитатели гор, такие как горные козлы и антилопы-прыгуны, имеют удивительно целесообразно устроенные копыта. Они очень компактны, поэтому животные могут опираться ими на узкие выступы в скалах, а также являются совершенно не скользкими при твердых внешних краях подошвы. Благодаря хорошему сцеплению копыт с поверхностью животные без труда перемещаются по склонам даже в снежную и дождливую погоду.
Кроме того, горные животные наделены отличным чувством равновесия и способны точно оценить расстояние между объектами и угол наклона поверхности. А еще эти обитатели гор в отличие от большинства других животных лишены чувства инстинктивного страха перед пропастями и крутыми спусками. Так, серны легко перепрыгивают трещины шестиметровой ширины и способны подниматься и опускаться по почти вертикальным склонам. Их детеныши всего нескольких недель отроду не менее бесстрашно преодолевают препятствия, не отставая от своих родителей.
Целесообразное строение ног, исключающее соскальзывание с гладких поверхностей, имеют и скалистые кенгуру, обитающие в Австралии. Прыгая по горным кручам на задних ногах, они удерживают равновесие с помощью хвоста. Длина такого прыжка иногда превышает 4 метра.
Маленькими цепкими ножками с копытообразными когтями наделены и даманы. Эти зверьки, обитающие на Ближнем Востоке, легко передвигаются по скалам и деревьям благодаря тому, что подошвы ног этих зверьков действуют как присоски.
В сотворенной природе нет упущений.
Оценка расстояния и точность движений. Зоологи решили проверить, умеют ли животные перед прыжком определять расстояние на глаз или этому нужно учиться.
Опыт решено было провести на крысах, причем не на маленьких, а на стодневных. Этих животных с рождения выдерживали в темноте, чтобы они не могли научиться зрительной оценке расстояний.
Молодых крыс посадили на небольшую платформу. В двух– трех сантиметрах от нее находилась другая платформа, где крысу ждала вкусная приманка. Животные сразу же без труда стали перепрыгивать с платформы на платформу, каждый раз получая за это вознаграждение.
Затем платформы раздвинули на значительное расстояние друг от друга и продолжили эксперимент. И оказалось, что прыжки крысят оставались такими же точными: ни одна малышка не промахнулась, не повисла на краю, не приземлилась на посуду с приманкой, а точно попадала на платформу рядом с ней. Животные четко оценивали расстояние между платформами. Благодаря этому они правильно соизмеряли усилия своих мышц, чтобы осуществить прицельный прыжок. И все это – с первого раза без предварительной тренировки.
Водные животные. Многие млекопитающие наделены врожденной способностью прекрасно держаться на воде. Для этого им даны короткое тело обтекаемой формы, плоский хвост, плавательные перепонки на передних и задних (или только на задних) лапах.
Настоящими водными животными являются ластоногие, китообразные и сирены. Хотя некоторые представители млекопитающих, такие как утконосы, бобры, ондатры, нутрии, – тоже хорошие пловцы, но все же более тесную связь они имеют с сушей, где добывают корм или выводят потомство.
Тюлени и моржи, относящиеся к отряду ластоногих, имеют конечности-ласты в форме весла. Животные с рождения умело их используют для гребли и в качестве рулей глубины. Ластоногие выходят из воды лишь для размножения или отдыха. И конечно, передвигаться по суше им труднее, чем в воде. Так, тюлени, подтягиваясь на передних ластах, перемещаются бросками или ползут подобно гусенице. И все же при кажущейся неуклюжести они передвигаются довольно быстро. А ушастые тюлени благодаря задним ластам, которые могут подгибаться вперед, способны даже прыжками взбираться на довольно крутые скалы.
Судостроители учатся у китообразных. Китообразные, как известно, живут в воде от рождения и до самой смерти. Поэтому их телу изначально придана совершенная для плавания торпедо-видная форма. Передние конечности в виде ласт служат этим млекопитающим рулями глубины, позволяя делать довольно точные повороты и осуществлять торможение.
Ученые неспроста стали изучать обтекаемую форму тела кита. Она значительно лучше обеспечивает перемещение животного в воде, чем ножевидная форма современных судов. И тогда судостроители сконструировали океанский лайнер, придав ему форму этого крупного животного. Благодаря такому инженерному решению удалось заметно уменьшить мощность его двигателей, хотя этот корабль обладал той же грузоподъемностью и скоростью, что и обычный.
Изучение структуры кожи китообразных оказалось полезным для создания обшивки судов и других плавающих сооружений.
К этому пришли не сразу. Вначале была изготовлена модель дельфина, точно воспроизводящая это животное по массе и форме. Когда же модели сообщили двигательную силу, равную силе дельфина, оказалось, что модель движется в воде значительно медленнее. При изучении проблемы оказалось, что все дело в особой структуре кожного покрова дельфина, которая способствует уменьшению вихревых потоков при перемещении животного. Именно эти потоки и тормозили движение модели.
Разработки искусственного покрытия, обладающего некоторыми свойствами кожи дельфина, позволили создать модель торпеды, движение которой в полтора раза превысило скорость торпеды с обычной обшивкой.
Чудо-хобот слона. Многие полагают, что слоны неуклюжи и неповоротливы. Но в жизни и работе их тело оказывается весьма послушным. Взять хотя бы способ колоть кокосовые орехи. Наступив на орех ногой, слон способен так точно соизмерить усилие, что раздавит только скорлупу, а ядро ореха останется невредимым. Столь же аккуратно он может выкопать батат (сладкий картофель), не повредив при этом тонкой кожицы клубня.
Но наиболее широкими возможностями наделен у слона хобот.
В нем заключена огромная сила: слон способен и поднимать им бревно массой в тонну, и с такой мощью выбросить струю воды, что погаснет большой костер. А кожа хобота так прочна и упруга, что не поддается ножу.
Хобот возмещает слону слишком короткую для его роста шею. Он служит своему хозяину и шлангом при водопое, и рукой. Слон нередко берет в хобот палку, чтобы почесать себе спину. А главное, с помощью хобота животное срывает с деревьев или поднимает с земли и отправляет в рот все, чем питается. Слон способен сложить бревна в штабель так аккуратно, как это удалось бы редкому человеку.
