Ocena brak

Poruszanie się zwierząt

Autor /Trek Dodano /31.01.2012

Ruch jest jedną z głównych cech charakteryzujących organizmy zwierzęce: jeśli zwierzę się rusza to znaczy, że żyje, Ruch niektórych zwierząt ogranicza się do wykony­wania minimalnych skurczów, inne zaś wykształciły mechanizmy ruchu, dzięki którym mogą przemieszczać się niezwykle szybko i wytrwale.
Gdy dotkniemy jeden z wielu czułków mor­skiego ukwiała, całe zwierzę skurczy się. Osadzone w powłokach ciała tego zwie­rzęcia receptory generują delikatny sygnał elek­tryczny, który rozchodzi się komórkami nerwo­wymi po całym ciele i wywołuje reakcję komórek mięśniowych. Komórki mięśniowe kurcząc się odciągają czułki od miejsca działania niespodzie­wanego bodźca. Po kilku sekundach następuje roz­kurcz i czułki powracają do normalnej pozycji.
Ten prosty mechanizm jest podstawą ruchu większości zwierząt. Ruch jako taki jest wynikiem skurczu mięśni pobudzonych sygnałem z komórek nerwowych. Sygnały z komórek nerwowych mogą powstawać w sposób odruchowy, to jest poprzez bezpośrednie połączenie pomiędzy receptorem i mięśniem, które powoduje, że ukwiał wciąga swoje czułki, albo mogą być generowane świadomie. W większości przypadków sygnały te pow stają równocześnie w sposób odruchowy i kontrolowany: zwierzę wie, co chce osiągnąć, ale koordynacja ruchowa mięśni jest dokonywana w sposób automatyczny poprzez sygnały z cen­tralnego układu nerwowego.
Taka koordynacja może być obserwowana u najprostszych zwierząt - jednokomórkowych pierwotniaków, jakimi są np. pantofelki. Te mikroskopijne organizmy poruszają się w wodzie do przodu dzięki ruchom tysięcy malutkich rzęsek zwanych przez naukowców ciliami. Ruchy wszystkich rzęsek są perfekcyjnie zsynchronizo­wane. Fala ruchowa rzęsek przechodzi przez całą komórkę od przodu ku tyłowi i w ten sposób pan­tofelek przesuwa się do przodu. Jeśli komórka natrafi na przeszkodę, fala ruchu rzęsek zaczyna się na drugim końcu komórki, dzięki czemu pier­wotniak może się cofnąć.
U pantofelka rzęski poruszają się zgodnie z efektem domina. Oznacza to, że poruszenie się jednej rzęski wyzwala ruch sąsiednich rzęsek w wyniku czego powstaje fala ruchowa.
U zwierząt wielokomórkowych podobny efekt powstaje w trakcie przechodzenia impulsu przez włókno nerwowe. Impuls stymuluje skurcze ko­lejnych mięśni tworząc falę ruchową, która prze­jawia się ruchem odnóży stonogi albo przecho­dzeniem skurczu mięśni przez całe ciało żyjącej w glebie dżdżownicy.
Bardziej złożone formy ruchu zwierząt takich jak na przykład ptaki i ssaki są koordynowane przez mózg, który wysyłając serie impulsów za pośrednictwem sieci nerwów steruje w zależności od potrzeb pracą każdego mięśnia.

Mięśnie i szkielety
Komórka mięśniowa, nazywana też włóknem mię­śniowym lub miocytem składa się z wielu wypeł­niających jej wnętrze włókienek kurczliwych czyli miofibryli. Każde włókienko kurczliwe składa się z rozmieszczonych na przemian miofilamentów grubych i miofilamentów cienkich. Miofilamenty cienkie mogą się wysuwać i wsuwać pomiędzy miofilamenty grube, od których odchodzą wypust­ki zwane mostkami poprzecznymi. W pobudzo­nym przez impuls nerwowy miocycie mostki poprzeczne miofilamentów grubych przyczepiają się do miofilamentów cienkich i wciągają je w wolne przestrzenie między miofilamentami gru­bymi. Kiedy ustaje działanie impulsu nerwowego, miofilamenty cienkie wyślizgują się spod filamentów grubych - następuje rozkurcz.
Mięsień, będący w ogólnym zarysie zbiorem miocytów, może się więc tylko kurczyć i rozkur­czać, nie może się rozciągać. Włókna w stanie roz-kurczu muszą być rozciągane przez jakąś inną siłę. Może to być sprężynujące działanie sąsiadujących narządów lub, co jest znacznie częstsze, wynik pracy tak zwanych mięśni antagonistycznych.
Meduzy krążkopławów wykorzystują zasadę sprężyny. Ich „dzwon" składa się z galaretowatej substancji przetkanej elastycznymi włóknami. Gdy zwierzę płynie, układ ułożonych promieniście i okrężnie komórek mięśniowych kurczy się i po­woduje wypchnięcie wody z dzwonu, co siłą od­rzutu przesuwa zwierzę do przodu. Gdy komórki mięśniowe rozkurczają się, elastyczne włókna rozprężają się dzięki czemu dzwon wraca do pier­wotnego kształtu, a komórki mięśniowe rozciąga­ją się i są gotowe do ponownego skurczu. Galare­towata substancja (mezoglea) działa jak miękki i sprężysty szkielet, będący wystarczającym opar­ciem dla komórek mięśniowych.

Miękki szkielet
U wielu gatunków zwierząt „szkielet" jest jeszcze elastyczniejszy i ma postać woreczka wypełnio­nego płynem i otoczonego przez mięśnie. Ten hydrostatyczny szkielet sam w sobie nie jest sprę­żysty, ale działa sprężyście, gdyż wypełniający go nieściśliwy płyń jest poddany działaniu otaczają­cych go mięśni ułożonych w dwóch lub więcej grupach działających przeciwstawnie.
Na przykład dżdżownica ma jeden układ mię­śni okrężnych i jeden układ mięśni podłużnych. Skurcze mięśni okrężnych wywołują nacisk na płyny tworzące hydrostatyczny szkielet, a ponie­waż płyn ten jest nieściśliwy rozchodzi się wzdłuż ciała i przyjmuje postać długiego i cienkiego cy­lindra wydłużając ciało dżdżownicy. Rozkurczając te mięśnie, a kurcząc mięśnie podłużne, dżdżow­nica odwraca sytuację i ścieśnia płyn do postaci krótkiego, grubego cylindra. Wykorzystując te proste zasady fizyki, dżdżownica może sprawnie poruszać się w glebie.
Zwierzęta posiadające twarde szkielety nie mo­gą zmieniać kształtu swego ciała wykorzystując sposób dżdżownicy. Czynią to wykorzystując działanie antagonistycznych grup mięśni. Na przy­kład kręgosłup ryb działa jak stabilne oparcie dla wielkich bloków mięśni ciągnących się od kręgo­słupa w dół po obu stronach ciała. Kurcząc mię­śnie lewej strony ciała, ryba powoduje ruch ogona w lewą stronę; rozkurczając je i kurcząc mięśnie prawej strony ciała kieruje ogon w prawo. Kurcząc na przemian mięśnie obu stron ciała ryba przyj­muje esowaty kształt i wprawia w ruch część ogo­nową, która zaczyna odpychać wodę dzięki czemu ryba zaczyna płynąć.

Poruszanie się w wodzie
Woda jest substancją o dużej gęstości, prawie tak dużej jak gęstość ciał zwierząt, które żyją i poru­szają się w niej. Zwierzę, które chce w miarę szyb­ko poruszać się w wodzie, musi mieć opływowy kształt ciała. Inaczej traciłoby zbyt dużo energii na poruszanie się. Z drugiej strony, gęsta woda sprzy­ja zwierzętom o dużej masie ciała dzięki obecnej w wodzie sile wyporu. To pozwala zaoszczędzić energię, którą zwierzę przebywające na lądzie musi wydatkować na ruch i utrzymanie równowa­gi. Poza tym woda stawia duży opór, najmniejszy ruch daje silny efekt, co umożliwia, na przykład rybie, posuwanie się do przodu za pomocą deli­katnych ruchów ogona.
Zwierzęta wodne wykorzystują cztery zasadni­cze sposoby przemieszczania się w środowisku wodnym: siłę odrzutu, falowanie ciałem, wiosło­wanie i ślizganie.
Wykorzystując siłę odrzutu poruszają się wspo­mniane już meduzy. Podobnie poruszają się głowonogi. Kałamarnica wciąga wodę do swojej ja­my skrzelowej i wyrzuca ją z wielką siłą przez syfon. Siła odrzutu jest tak wielka, że zwierzę może wyskoczyć z wody i przelecieć kilka metrów w powietrzu.
Falowanie ciałem dzięki skurczom mięśni jed­nej strony ciała i równoczesnym rozkurczom mię­śni drugiej strony powoduje powstanie fali wod­nej. W miarę przesuwania się fali ku tyłowi ciała powstaje siła, która popycha zwierzę na boki i do przodu. Ponieważ opór wody z szerszego boku jest dużo większy niż w rejonie opływowej części gło­wowej, ryba porusza się do przodu. Technikę tę można najlepiej zaobserwować patrząc na płyną­cego węgorza lub węża morskiego.
Ryby mogą się przemieszczać stosując również inne techniki. Gdy ryba chce poruszać się wolno i precyzyjnie, używa płetw. Jej płetwy boczne są jakby ruchomymi wiosłami, zagarniającymi wodę i pchającymi ją do tyłu. Wykorzystując tę techni­kę, ryba może manewrować pomiędzy przesz­kodami, a nawet płynąć do tyłu. Wiele ryb raf ko­ralowych pływa tylko w ten sposób. Metoda ta stosowana jest również przez niektóre wodne owady i skorupiaki.
Szybko pływające ryby mogą używać swoich płetw w całkowicie odmienny sposób. Na przy­kład płetwy piersiowe rekina mają kształt samolo­towych skrzydeł i są powierzchnią nośną tak samo jak skrzydła szybowca, tyle że w wodzie. Gdy re­kin płynie do przodu, wynoszą go ku górze i dzię­ki temu rekin nie tonie, mimo że gęstość jego ciała jest większa niż gęstość wody. Napędem ciała szybko pływających ryb jest ogon. Płetwa ogono­wa żaglicy z charakterystycznymi ostrymi kontu­rami jest doskonałym napędem. Wymachując nią na boki, żaglica może rozwijać w wodzie zawrot­ną prędkość - ponad 100 kilometrów na godzinę.

Poruszanie się po lądzie
Zwierzęta lądowe nie mogą wykorzystywać siły wyporu. Dlatego poruszanie się po lądzie jest trud­niejsze i wymaga wypracowania specjalnych na­rządów i technik. Najbardziej mozolne jest pełza­nie. Beznogie zwierzęta kurcząc i rozkurczając falowo swoje mięśnie wytwarzają siły ciągnąco-pchające ich ciała. Tak poruszają się dżdżownice i ślimaki, larwy motyli i węże. Ślimaki ułatwiają sobie zadanie wydzielając śluz, po którym łatwiej się przemieszczają i transportują stosunkowo cięż­kie ciała. Śluz nie tylko daje poślizg, jest również klejem, który przytwierdza czasowo do podłoża te części nogi, w których mięśnie są w stanie skur­czu, a które ciągną resztę ciała.
Wąż może poruszać się w podobny sposób dzięki ruchom dużych, ostro zakończonych łusek znajdujących się na brzuchu. Łuski te zahaczają się o nierówności podłoża dając oparcie wężowi dzięki czemu następuje przesunięcie fragmentu ciała, oderwanie łusek od podłoża i przeniesienie ich do nowego punktu zaczepienia. Zwykle zwie­rzęta posługują się ruchem bocznym. Wspierając się na jednym punkcie ciała, przenoszą resztę kor­pusu, która zetknąwszy się z podłożem staje się z kolei nowym punktem oparcia. Ten rodzaj ruchu został szczególnie dobrze opanowany przez nie­które pustynne gatunki żmij, które to przemieszczając się po sypkim, gorącym piasku w zasadzie nie pełzają, lecz kroczą.
Ruch kroczący jest typowy dla zwierząt posia­dających odnóża kroczne. Ponieważ na lądzie nie działa siła wyporu, odnóża zwierząt muszą być na tyle silne, aby udźwignąć masę ich ciał. Ich kon­strukcja wymaga więc obecności silnej ramy -szkieletu wyposażonego w ruchome, mocne połą­czenia pomiędzy elementami nośnymi. Odnóża stawonogów, takich jak owady i pajęczaki, są zbu­dowane z pustych, twardych i sztywnych rur. W środku tych tub znajdują się mięśnie, które po­ruszają twardym szkieletem zewnętrznym. Każde ruchome połączenie pomiędzy elementami pance­rza jest zaopatrzone w dwa rodzaje mięśni. Są to zginacze i prostowniki.
U kręgowców, na przykład ssaków, mięśnie są ułożone na zewnątrz kości i mogą wywierać dużą siłę na różne części kończyny. Niektóre gady lądo­we i płazy w sposób wtórny nie posiadają nóg. Na przykład pospolity w Polsce padalec jest beznogą jaszczurką. Przypomina węża i jest z nim mylony przez wielu ludzi. Brak kończyn jest jednak czymś wyjątkowym, gdyż na lądzie posiadanie odnóży jest bardzo korzystne. Ssaki umiejętność porusza­nia się na nogach rozwinęły w stopniu doskona­łym, osiągając niespotykaną szybkość i zręczność. Gepardy na krótkim dystansie mogą biec z pręd­kością 95 kilometrów na godzinę, a kangury szare wykonują skoki na odległość 12 metrów. Zwierzęta te wykorzystują siłę swoich mięśni, które działają jak sprężyny katapultujące je do przodu.

Lot
Kiedy kangur wykonuje skoki znajduje się w po­wietrzu dzięki sile kończyn, które wybity go w gó­rę. Wiele zwierząt odkryto sposoby unoszenia się w powietrzu, wydatkowując na to stosunkowo mało energii. Latające wiewiórki skacząc z gałęzi rozkładają kończyny, pomiędzy którymi rozpięte są fałdy skórne i lotem ślizgowym dostają się na sąsiednie drzewa, które mogą być oddalone nawet o kilkadziesiąt metrów.
Lot takich zwierząt jak wiewiórki jest lotem śli­zgowym podobnie jak lot człowieka na spadochro­nie. Wiewiórki nie potrafią długo unosić się w po­wietrzu i nabierać wysokości. Są jednak zwierzęta, które posiadają wytwory, dzięki którym mogą przebywać w powietrzu dłuższy czas. Te wytwory to skrzydła. Ich działanie jest podobne do dzia­łania rybich płetw. Ponieważ powietrze jest o wie­le rzadszym ośrodkiem niż woda, powierzchnia skrzydeł musi być o wiele większa niż powierzch­nia płetw, aby spełniały one swoje zadanie. A jak dobrym są one „wynalazkiem" wie każdy, kto obserwował szybujące w powietrzu mewy. Ptaki te mogą lotem szybowcowym szybko przemiesz­czać się w powietrzu, tracąc przy tym cały czas wysokość. Gdy jednak zwrócą się przodem do kie­runku wiatru, unoszą się ku górze dzięki sile nośnej wytworzonej przez ich skrzydła.
Technika lotu albatrosa jest taka sama. Albatros perfekcyjnie wykorzystuje prądy powietrza, dzię­ki czemu może godzinami szybować w powietrzu, nie machając skrzydłami. W czasie lotu szybow­cowego leci w dół, ustawia się pod wiatr, unosi się ku górze i znowu leci w dół lotem szybowcowym. W ten sposób bez machania skrzydłami może pokonać dystans ponad 100 kilometrów.

Machanie skrzydłami
Machanie skrzydłami wytwarza siłę, dzięki której zwierzę może utrzymać się w powietrzu. Uderze­nie skrzydłem w dół powoduje powstanie siły po­pychającej do góry i do przodu ciało ptaka, nieto­perza lub owada. W czasie ruchu skrzydłem do góry zmienia się kąt ustawienia skrzydła i dzięki temu praktycznie nie powstaje żadna siła, gdyż gdyby takowa powstawała, musiałaby mieć prze­ciwne działanie do siły unoszącej ciało do góry. W praktyce oznacza to, że skrzydła tych zwierząt są aktywne tylko w połowie swojego czasu pracy. Mimo to wiele gatunków ptaków potrafi w czasie aktywnego lotu po linii prostej rozwijać zadziwia­jąco duże prędkości. Na przykład jerzyki mogą latać w ten sposób z prędkością 170 km/godzinę!
Równie imponujący jest lot trzepoczący (za­wisanie w powietrzu) wielu owadów i kolibrów. W jego trakcie zwierzę szybko bije skrzydłami w przód i w tył, wytwarzając w ten sposób siłę unoszącą ciało ku górze, która to siła równoważy siłę ciężkości zwierzęcia. Dzięki temu furkoczący owad lub koliber ani nie unosi się ku górze, ani nie opada w dół. Ta najbardziej wyrafinowana i wpra­wiająca w zdumienie technika poruszania się w świecie zwierzęcym służy więc paradoksalnie uzyskaniu stanu doskonałego bezruchu.

■ Komar macha skrzydłami tysiąc razy w ciągu sekundy, wytwarzając dźwięk, który irytuje wielu ludzi.
■ Wiele zagadnień związanych z aerody­namiką lotu owadów jest wciąż dla nas zagadką. Słynny jest przypadek trzmiela: według powszechnie przyjętych teorii lotu, skrzydła trzmiela są zbyt małe, aby unieść go w powietrze.
■ Wiele ryb, takich jak np. makrela, pływa przez większość swego życia dzięki „mię­śniom czerwonym", które podczas wolne­go pływania praktycznie się nie męczą. Gdy ryby są zmuszone płynąć szybciej, używają ułożonych wzdłuż boków ciała „mięśni białych", które bardzo szybko się męczą i muszą długo odpocząć przed po­nownym użyciem.
■ Niektóre pajęczaki potrafią latać cho­ciaż nie posiadają skrzydeł. Produkują długą i lekką nić, do której się przyczepia­ją. Następnie są porywane przez wiatr i w ten sposób mogą przelecieć w powie­trzu wiele kilometrów. Właśnie to zjawisko nazywamy babim latem.

Podobne prace

Do góry