Роботы-животные 15 января 2018, 14:43 15 января 2018, 15:43 15 января 2018, 16:43 15 января 2018, 17:43 15 января 2018, 18:43 15 января 2018, 19:43 15 января 2018, 20:43 15 января 2018, 21:43 15 января 2018, 22:43 15 января 2018, 23:43 16 января 2018, 00:43

Стало ясно, как змеи двигаются вперед, не используя позвоночник

Более 70 лет биологи не могли точно описать механизм, при помощи которого некоторые змеи двигаются вперёд, не изгибая своё тело. Но теперь с помощью современных инструментов учёные раскрыли эту загадку.

Змеи используют различные способы передвижения, которые позволяют им незаметно подкрадываться к жертве или скрываться от врагов. Чаще всего мы представляем их изгибающимися в форме латинской буквы S. Некоторые обитатели пустынь, такие как гремучие змеи, ползают по сыпучим пескам боком. Но до сих пор учёные не до конца понимали, как питонам, анакондам и гадюкам удаётся ползать прямолинейно без каких-либо изгибов тела.

Профессор Брюс Джейн (Bruce Jayne) из Университета Цинциннати давно занимается исследованием динамики пресмыкающихся. Ранее учёный раскрыл механику трёх видов локомоции змей, и теперь пришло время внимательно рассмотреть самую загадочную технику передвижения.

В далёком 1950 году британский биолог Ганс Лиссман (Hans Lissmann) первым обратил внимание на прямолинейное движение змей. Он предположил, что ключевую роль в способности пресмыкающихся ползать без помощи позвоночника играет работа мышц в сочетании с рыхлой, гибкой и мягкой кожей на животе. Но технологии середины двадцатого века не позволили подтвердить эту гипотезу.

Теперь Джейн и его коллега Стивен Ньюман (Steven Newman) использовали цифровые камеры высокой чёткости для записи движения ползущего удава и одновременно регистрировали электрические импульсы в отдельных мышцах. На тело змеи были нанесены контрольные точки, с помощью которых учёные фиксировали мельчайшие движения чешуйчатой кожи. Это позволило создать электромиограмму, которая отражала взаимодействие между мышцами, кожей и телом змеи.

Исследователи выяснили, что у ползущего удава кожа на животе сжимается и растягивается немного сильнее, чем на боках и спине. Чешуя на нижней части тела действует как протектор автомобильной шины, обеспечивая сцепление с землёй, а волновая работа мышц непрерывно тянет позвоночник вперёд.

Основную роль в этом процессе играют два типа мышц, связывающих рёбра с кожей. Сначала один набор мускулов тянет кожу вперёд, затем она закрепляется на земле и вторая группа подтягивает позвоночник. При этом мускулатура змеи разбита на сегменты, которые последовательно активируются от головы к хвосту. В результате позвоночный столб перемещается с постоянной скоростью, а тело в каждый момент времени опирается на несколько участков кожи.

"Змеи эволюционировали от роющих предков и, двигаясь таким образом, они могут проникать в узкие отверстия или туннели, где невозможно сгибать тело и отталкиваться", — объясняет Ньюман в пресс-релизе.

Учёные говорят, что 70 лет назад Лиссман в целом правильно описал прямолинейное движение змей, но, не имея высокоточных инструментов, он предположил, что ключевую роль играют только те мышцы, что отвечают за сокращение кожи.

Результаты исследования, опубликованные в издании The Journal of Experimental Biology, могут быть полезны не только биологам, но и инженерам-робототехникам, которые давно работают над созданием роботизированных змей и червей. В будущем такие устройства смогут проникать в труднодоступные пещеры, искать людей под завалами и даже исследовать другие планеты. И техника прямолинейного движения, позаимствованная у удава, будет им весьма полезна.