Dlaczego wąż pływa w piasku lepiej od jaszczurki?

[KopalniaWiedzy.pl 314]

W pływaniu w piasku węże są lepsze od jaszczurek.

Badanie naukowców z Georgia Institute of Technology wykazało, że Chionactis occipitalis z pustyni Mojave wykorzystuje swój wydłużony kształt, by przesuwać się gładko przez piasek, a jego śliska skóra zmniejsza tarcie. To zapewnia mu przewagę nad innym pływającym w piasku zwierzęciem - scynkiem aptekarskim (Scincus scincus) z gorących pustyń północnej Afryki i Półwyspu Arabskiego.

Amerykańskie studium nie tylko wyjaśnia wpływ presji ewolucyjnych na budowę ciała zwierząt żyjących w piasku, ale i stanowi inspirację dla projektowania robotów ratunkowych, zdolnych do przemieszczania się przez piach oraz inne ziarniste materiały.

Stosując obrazowanie rentgenowskie, naukowcy śledzili fale rozchodzące się w piasku wzdłuż ciał węża i jaszczurki. Teoria siły oporu materii ziarnistej pomogła w modelowaniu lokomocji i porównaniu wydajności energetycznej beznogiego węża i czterokończynowej jaszczurki.

Nasz model ujawnił, jak wąż i jaszczurka przemieszczają się z największą dostępną ze względu na budowę ciała prędkością, zużywając przy tym jak najmniej energii. Okazało się, że wąż bił scynka na głowę zarówno pod względem prędkości, jak i wydajności energetycznej - podkreśla prof. Dan Goldman.

Pomiary przeprowadzone przez Sarah Sharpe ujawniły, że od głowy ku ogonowi przemieszczają się fale. Wędrującym krzywiznom towarzyszą fale w piasku, które wspomagają przemieszczanie przez ziarnisty materiał.

Ponieważ zasadniczo wąż podąża w piasku własnym śladem, osuwanie generowane przez ruch jest mniejsze, a przemieszczanie pozostaje wydajniejsze energetycznie (wokół ciała jaszczurki powstaje większy obszar "płynnego" piasku).

Dla każdego wygenerowanego ruchu ciała wąż przemieszcza się dalej niż scynk na pojedynczej fali. Długie i smukłe ciało zapewnia wężowi większą amplitudę wygięcia, [...] czyniąc go skuteczniejszym pływakiem - wyjaśnia Goldman.

Ponieważ skóra węża jest bardziej śliska, dodatkowo zmniejsza to ilość energii potrzebnej do przemieszczania się przez piasek.

Naukowcy od dawna przypuszczali, że długie i smukłe zwierzęta będą się przemieszczać przez piasek skuteczniej od zwierząt z inną budową ciała, ale zespół z Georgia Tech jako pierwszy zademonstrował, że przewaga ta jest wynikiem większego stosunku długości do szerokości, który pozwala wygenerować więcej fal.

By prześledzić ruch węży, Sharpe i Robyn Kuckuk przykleiły do ich łusek znaczniki. Później panie nagrały przemieszczanie się Ch. occipitalis przez podłoże z piasku.

Na kolejnych etapach prac prof. Patricio Vela i student Miguel Serrano stworzyli algorytm do analizy kształtów fal w funkcji czasu, zaś Stephen Koehler z Uniwersytetu Harvarda odniósł do danych teorię siły oporu materii ziarnistej, która mówi, że zwierzę może się przesunąć tylko wtedy, gdy siła pchnięcia przewyższa tarcie generowane przez ciało. Teoria przewidywała, że tarcie skóry węża będzie o połowę mniejsze niż skóry jaszczurki, a eksperymenty to potwierdziły.

 

 

« powrót do artykułu