за счет чего передвигается змея
За счет чего передвигается змея
Сообщение Cheshire » 20 фев 2018, 16:29
Змеи конечно же ползают! Это основной постулат отчасти верен, но не совсем точен, т.к. змеи развили разнообразные способы передвижения.
Первый, это боковое волновое движение, известное как змеиный тип локомоции. Для него характерно высказывание «змеиное движение», которое часто используется для описания соответствующей манеры движения для других групп животных. В принципе, оно состоит из простого горизонтального, синусоидального волнового движения всего тела, которое распространяется от головы к хвосту. Эти боковые ундуляции испускаются синхронно и скоординированны мышечным напряжением и расслаблением в различных частях тела. Змея получает движущую силу, являющуюся причиной прямого движения из толчка изгиба ее тела и боковых сегментов каждого изгиба о неровности земной поверхности. Механизм позвоночника способен передавать физическую силу которую продуцирует, практически без потерь, по всему телу.
Боковое волновое движение (или змеиная локомоция) (after Mosauer, modified). Величина движущей силы вперед, возникающая в точке опоры, зависит от степени кривизны в теле змеи. Чем больше сгибание, тем больше сила вперед. Поэтому, когда змея движется быстро, ее тело выдает более сжатые волны
Хотя все змеи способны использовать тип локомоции описанный выше, более эффективно он применим для длинных и тонких ужовых и аспидовых змей. Они могут значительно выбрасывать свое тело за счет большего числа изгибов, чем короткие и толстые виды и таким образом набирать больше точек опоры с меньшим приложением силы.
Эффект видно, когда эти змеи двигаются очень изящно, вперед внешне пассивным скольжением опираясь на мелкие неровности рельефа. Несмотря на то, что скорость получаемая у большинства змей не очень высокая, боковой волновой метод локомоции тем не менее оправдывает себя как идеальный способ передвижения в зарослях, где, например, человек будет проходить с трудом. В отдельных случаях скорость у быстропередвигающихся видов может достигать около 10 км/ч и выше.
Среди скоростных змей можно отметить полозов рода Coluber. Coluber flagellum flagellum (плетевидный полоз) способен развивать скорость до 24 км/ч.
Coluber flagellum flagellum (SHAW 1802)
Dendroaspis polylepis (GÜNTHER, 1864)
Далее, почти все змеи способны ползать медленно вперед, используя мышцы тела, попеременно растягиваясь и сжимаясь по средствам бокового давления. Эта форма локомоции, которая рассматривается более редко, известна как гармошковое движение. Змеи используют данный способ, например, ползая через узкие трубы, когда они заклинивают изгибания в задней части по отношению к сторонам, выпрямляют свое тело в передней части тела таким же образом и затем выпрямляются в задней части. Это гармошковое движение может быть применимо для движения вперед на сложном рельефе или мягкой поверхности. В этом случае, сцепление собственного веса змеи с землей дополняется фиксацией брюшными чешуями.
Гармошковое движение используется змеей, например, при движении через узкую трубу (after Gans).
Особый вид локомоции, который мы еще не упоминали, известен как бокоходный (небольшая сложность перевода, в оригинале sidewinding).
Бокоходное движение «sidewinding» (after Mosauer, modified). В начале процесса этого движения, змея вытягивает свою голову и петли тела по диагонали, перескакивая землю, таким образом она охватывает короткий промежуток земной поверхности без контакта с ним. В смене петель последовательные сегменты тела простираются таким образом, чтобы занять свое место в продолжении заданного курса. Еще до того, как все тело развернулось, змея начинает формировать следующий завиток с её головы. Таким образом, данный процесс развивается в серию отдельных «шагов».
Обычно используется некоторыми гадюками (подсемейство Viperinae) и одним видом из ямкоголовых (подсемейство Crotalinae), но иногда наблюдается у прогонистых колюбрид, таких как калифорнийская краснобокая подвязочная змея (Thamnophis sirtalis infernalis), американский ромбический уж (Nerodia rhombifer) и даже у обыкновенного ужа (Natix natix). Наиболее показательный тип данной локомоции представлен у пустынной гремучей змеи, или рогатого гремучника (Crotalus cerastes), рогатой гадюки (Cerastes cerastes), гадюки Авиценны (Cerastes vipera), гадюки Макмахони (Eristicophis macmahonii), карликовой пустынной гадюки (Bitis peringueyi).
Хоть они и идеально адаптированы к обыкновенному змеиному типу передвижения, тем не менее они предпочитают бокоходный метод, и способны развивать высокую скорость с его помощью. Например, рогатый гремучник используя данный вид передвижения развивает скорость до 3 км/ч, что значительно быстрее, если бы он двигался боковым волнообразным движением. Очевидно, бокоходная локомоция представляет собой очень эффективный способ передвижения по рыхлой песчаной поверхности и способ, в котором змея может полностью использовать эффект трения между своим телом и субстратом.
Как следует из названия «sidewinding», оно обозначает локомоцию, при которой змея продвигается вперед боком почти под прямым углом по отношению к оси тела. Очень сложно для наблюдателя обозначать отдельные элементы процесса на отдельных фазах, когда все движется в быстром и непрерывном потоке. Змея как будто летит над землей, и только двумя или тремя короткими сегментами тела контактирует с землей за все время. На пути этих «шагов» змея движется боком, так, что на песчаном субстрате образуются параллельные дорожки, каждая из которых оканчивается длиной самой змеи и лежит наклонно на линии конечной остановки.
Другая форма локомоции известна как гусеничное движение и практикуется оно большими и тяжелыми змеями такими как удавы (Boidae) и питоны (Pythonidae), гадюки (Viperinae) и некоторые ямкоголовые (Crotalinae).
Гусеничное движение (или прямолинейная локомоция). Затененные участки на брюшной стороне показывают степень сжатия мышц.
Этот метод прямолинейного движения не связан со сворачиванием целого тела. Вместо этого, последовательные группы брюшных чешуй и боковые чешуи поднимаются за счет мускулов, прикрепленных к ребрам и приводящих в движение и отталкивающих тело от земли. Они скоординированы таким образом, что змеи медленно скользят вперед. В целом, в данном случае, ребра играют исключительно пассивную роль — как точки прикрепления этих мышц.
Итак, вполне очевидно, что змеи пытаются компенсировать утрату конечностей развитием новых форм локомоции. И степень их успеха демонстрируется не в последнюю очередь в том, как они завоевывают различные биотопы. Существуют, например, древесные змеи, которые могут ползать очень быстро сквозь густую сеть веток посредством горизонтальных и вертикальных ундуляций. Как они это делают? Они используют части веток как поддержку и по заданному пути могут перелетать значительные расстояния между ветвями (рис.3). Другие виды овладели скалолазанием, крайне эффективно сжимая границы своего тела в узких расщелинах и трещинах.
Маисовый полоз, Pantherophis guttatus (LINNAEUS, 1766)
Многие змеи великолепные плавцы, используя змеиный, или волновой, тип движения для продвижения по воде. Как крайний пример, здесь стоит упомянуть особенно приспособленных морских змей (бывш. семейства Hydrophiidae). Большинство видов этого семейства никогда не покидают своего местообитания — океан. В самом деле, каждая из этих змей обладает сжатым с боком хвостом, веслообразной формы, который значительно повышает эффективность движений в воде.
Двухцветная пеламида, Hydrophis platurus (LINNAEUS, 1766)
Норные змеи исключительные знатоки прорывания своего пути даже сквозь очень твердые почвы. В этом деле они применяют в основном гармошковую форму движения, в которой латеральные извивающиеся движения продуцируют добавочное расширение коридора. Очень впечатляющий пример этой особенности представляют щитохвостые змеи (семейство Uropeltidae), или щитохвостки, они обладают очень заостренной головой и ведут в основном подземный образ жизни.
Uropeltis woodmasoni (THEOBALD, 1876)
Некоторые ядовитые змеи, живущие в пустынях, способны прокапывать себе путь в мягком песке, оставаясь на месте, по средствам быстрых боковых движений нижней части тела поочередно с каждой стороны, начиная с хвоста, который продуцирует эффект лопатоподобного разгребания, поднимая песок вверх. Таким образом, змея сама скользит глубже и глубже в песок, пока в конце концов, только голова будет торчать на поверхности (конечный рывок и змея полностью исчезает из поля зрения).
Гадюка Авиценны, Cerastes vipera (LINNAEUS, 1758)
Другие змеи даже научились прыгать. Например, прыгающий ботропс, Atropoides nummifer (RÜPPELL, 1845), семейство Viperidae, подсемейство Crotalinae, известен тем, что подбрасывает себя на расстояние более метра, когда нападает на добычу, отталкиваясь от подходящей опоры. Подобное поведение наблюдалось и у других наземных видов ботропсов, и дает разъяснение их популярного общего названия «копьеголовые змеи».
Прыгающий ботропс, Atropoides nummifer (RÜPPELL, 1845). Без прыжков до летучих мышей просто так не достанешь.
Некоторые быстродвижущиеся змеи из семейства #Colubridae способны на довольно широкие скачки в погоне за добычей или в бегстве от врага. Одно такое наблюдение было сделано исследователем R. Mell в экспедиции в Китае, и он написал следующее: «Я видел огромного Ptyas nigromarginata (зеленая крысиная змея), выполняющего огромные скачки, когда преследовал Rana spinosa, огромнейшую среди горноживущих лягушек. Охота проходила в бамбуковом лесу, вниз по крутому склону, покрытого травой около 50 см в высоту, лягушка спускалась по склону, уклоном в 60 градусов, на большой скорости, что казалось бы огромным для относительно медленных прыжков. Ptyas, который почти 2 м длиной, выбрасывался от округлой вершины холма, которая была разрушена в направлении склона и летел по воздуху стремительно, как большое черное копье, на расстоянии руки над травой и приземлился на землю в 30 см от места, где я стоял. Измерив по средствам человеческих шагов, этот единичный прыжок птиаса, расстояние составило около 5.75 м.»
Ptyas nigromarginata (BLYTH, 1854)
Итак, мы познакомились с ползающими, плавающими, копающими и прыгающими змеями, осталось еще открыть для нас летающих змей. Но подобные существа должны составлять область мифов, до тех пор, пока их эволюция не достигнет возможности активного полета. Однако, есть один исключительный род, который достиг, в некоторой степени, способности к планирующему спуску или парашютированию.
Райская украшенная змея, Chrysopelea paradisi (BOIE, 1827)
как передвигаются змеи?
Отсутствие ног у современных змей вовсе не означает, что у них никогда не было конечностей.
Но как и когда змеи «потеряли» свои ноги, науке не известно.
Некоторые ученые считают, что предками змеи были некоторые виды ящериц-землероек, которые сохранились и до наших дней. У всех этих ящериц ноги очень короткие либо отсутствуют совсем.
Но, несмотря на то что когда-то у змеи разом пропали все ноги, они отнюдь не потеряли способности передвигаться и обходятся без них очень даже хорошо. Двигаться змее помогают выпуклые пластинки, расположенные на брюхе.
Существует четыре различных способа передвижения змей.
Боковое волнообразное движение. Змея последовательно описывает телом волнообразные кривые, похожие по форме на букву S, и, отталкиваясь телом от неровностей почвы, скользит вперед.
Прямолинейное движение. Небольшие группы пластинок на брюхе выталкивают вперед часть тела змеи, в то время как остальные пластинки выбрасываются назад, создавая упор для тела. После этого продвинувшиеся вперед пластинки держат тело, пока к ним подтягиваются пластинки задней части тела.
Боковой ход. Двигаясь этим методом, змея выбрасывает переднюю часть тела вбок, после чего подтягивает заднюю часть и повторяет ту же самую операцию.
.Змеи передвигаются с помощью маленьких щетинок расположеных непосредственно на коже количеством в 10 тыс. штук работающих как маленькие ножки толкающие змей вперед.
Позвоночник у них очень гибкий, и ребра своими нижними концами легко передвигаются взад-вперед. Извиваясь при движении, змея поочередно сокращает то одни, то другие боковые мускулы. Когда она залезает на дерево или ползет вверх по отвесной плоскости, то пользуется подвижными ребрами как рычагами.
ЗМЕИ (Serpentes), подотряд пресмыкающихся отряда чешуйчатых (Squamata). Безногие животные с тонким, сильно удлиненным телом, лишенные подвижных век. Змеи произошли от ящериц, поэтому у них много общих с ними черт, но два очевидных признака позволяют почти всегда точно различить две эти группы. Подавляющее большинство ящериц имеют конечности. У змей передних ног не бывает, хотя иногда заметны в виде коготков рудименты задних. У безногих ящериц, внешне очень похожих на змей, подвижные веки. Змеи отличаются также особенностями строения головы и тела, связанными с их своеобразным способом питания.
Известно ок. 2400 современных видов змей. Хотя большинство их обитает в тропиках и субтропиках, подотряд распространен почти по всему миру. Отсутствуют змеи только в областях с вечной мерзлотой, так как во время зимней спячки им необходимо подземное убежище, чтобы пережить холодное время года. Только несколько видов обитает в морях. Около 500 видов змей ядовиты; из них примерно половина представляет серьезную опасность для человека.
Змеи ползают за счет неравномерного коэффициента трения и постоянного перераспределения веса
В том, что фантазия природы существенно превосходит человеческую, сомневаться не приходится: удивительные формы, яркие цвета, всевозможные размеры живущих и вымерших представителей флоры и фауны зачастую просто не вписываются в рамки нашего восприятия. Но, в отличие от персонажей фантастических книг и фильмов, у реальных организмов каждая из этих выразительных черт необходима для выполнения той или иной функции. Особенно это сказывается на способе передвижения.
Гладкие чешуйки рыб, покрытые тонким слоем слизи; прочные и при этом легкие перья птиц; тонкие кожистые перепонки летающих ящеров; когти кошачьих; отстоящий большой палец у приматов; многочисленные «находки» для прямохождения, которыми так гордится человек; шесть, а то и больше пар ног у членистоногих. А ведь каждой из этих конечностей надо управлять, да ещё и балансировать остальным телом, чтобы вновь не пришлось его поднимать.
В этом плане змеи, черви и безногие амфибии сделали правильный выбор — если ты уже находишься на поверхности, то и падать тебе, собственно, некуда. А вот механика их передвижения оказалась гораздо сложнее, чем казалось. Дэвид Ху из Университета Нью-Йорка и его коллеги
доказали, что характерное ползание обеспечивается неравномерным распределением силы трения по контактирующей с землей поверхности тела и постоянным перераспределением веса.
Этим они принципиально отличаются от своих «собратьев» по несчастью — червей и безногих амфибий. Последние синтезируют обильное количество слизи, черви — проталкивают себя вперед, цепляясь небольшими волосками. А вот в случае со змеями до недавнего времени оставалось лишь полагаться на гипотезы.
Согласно одной из них, сила трения в продольном направлении была значительно меньше таковой в поперечном. Если добавить сюда способность извиваться, то петли будут обеспечивать необходимую устойчивость, при этом движение будет продолжаться вперед. Демонстрация этого подхода — колесные змейки-роботы, тело которых легко двигается вперед и совсем не двигается вбок. Тем не менее, и им требуются точки опоры, от которых можно отталкиваться. В случае с песком или голым камнем такой подход не сработает.
Авторы публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences существенно расширили существующие представления о движении этих рептилий. Их подопечными стали 10 молодых молочных змей (королевская змея Кэмпбелла или Lampropeltis triangulum campbelli). Эти змейки, обитающие в Северной Америке, известны тем, что внешне очень напоминают ядовитых коралловых аспидов, хотя сами гораздо менее опасны.
Для начала экспериментаторы усыпили пресмыкающихся и измерили силу трения во всех направлениях.
Как и предполагалось, при движении в сторону она оказалась почти в два раза больше, а назад — в полтора, чем при движении вперед.
Но это лишь в том случае, если поверхность шероховатая. Если же в роли подложки выступало что-нибудь сверхгладкое, то сила трения во всех направлениях стремилась к нулю. Впрочем, чуда от змей и не ждали — было бы странным полагать, что чешуйки по-разному цепляются за то, за что в принципе зацепиться невозможно.
Полученная модель объясняет и способность змей передвигаться по наклонной поверхности и дает расчетные скорости, почти приближающиеся к реальным.
Недостающие «километры в час» ученые объясняют своеобразной волной, которую змея пускает по своему телу. Её удалось зарегистрировать при видеозаписи движения на зеркальной поверхности. При этом рептилии не полностью отрывают свое тело, а лишь уменьшают нагрузку на те или иные участки, постоянно перемещая центр масс.
Авторы даже рассчитывают найти своей находке практическое применение — подобные роботы в ряде случаев существенно превосходят колесных и даже «шестипалых». Колеса будут абсолютно бесполезны, если высота препятствия больше половины диаметра колеса, а конечности требуют гораздо больше места для маневра, чем тонкое гибкое тело. Так что при разборе завалов или в разведке такие змеи-роботы могут принести немало пользы. Осталось только научиться изготавливать чешую, подобную змеиной.
Ученые открыли новый вид передвижения змей — «лассо». Он очень медленный и энергозатратный
Хорошо известно четыре способа перемещения змей в пространстве. Это прямолинейное движение, извивающееся, боковой ход и передвижение гармошкой. Американские ученые описали новый, пятый метод — по типу «лассо».
Пока он зафиксирован только у коричневых бойг с тихоокеанского острова Гуам — туда они случайно попали в конце Второй мировой вместе с военным имуществом. Но, возможно, так умеют передвигаться и змеи в своих естественных популяциях: в Австралии и Новой Гвинее. Об этом пишет N+1 со ссылкой на журнал Current Biology.
Скорость змеи здесь увеличена.
Открытие произошло случайно. Исследователи прибыли на Гуам, чтобы создать безопасные искусственные гнездовья для микронезийских скворцов. Их численность сильно сократилась из-за бойг.
Ученые сделали для птиц дуплянки на высоких столбах, которые поместили в гладкие металлические цилиндры диаметром 20 сантиметров. Исследователи думали, что змеи не смогут подняться по такой поверхности. И большинство рептилий действительно не справились с задачей. Это показала ночная съемка скрытой камерой.
Бойга использовала заднюю часть тела как лассо — плотно обхватила ею столб и оплела хвостом середину своего туловища. Так получилось что-то вроде петли. Благодаря ей рептилия не соскальзывала с металлической поверхности и медленно поднимала себя, немного изгибаясь вправо и влево. Голова и передняя часть змеи в это время ощупывали столб, пытаясь найти за что зацепиться.
Позже ученые провели эксперимент с таким же столбом, на котором лежала мертвая мышь, и 15 бойгами. Треть змей поднялись методом «лассо». Им было трудно: они тяжело дышали и постоянно надолго останавливались. Скорость подъема была всего четыре миллиметра в секунду. На трехметровую высоту при таких условиях змея сможет забраться за два часа.
Способ «лассо» похож на движение гармошкой, но серьезно отличается в деталях. Ученые считают, что навык бойг надо учитывать, планируя программы защиты фауны и инфраструктуры от их популяции.
Зоологи описали новый способ передвижения змей
Коричневая бойга карабкается по металлическому столбу (видео ускорено в пять раз).
Julie A. Savidge et al. / Current Biology, 2021
Коричневые бойги, небольшие древесные змеи, могут взбираться по вертикальным металлическим столбам. Для этого они формируют из своего тела аналог лассо, плотно охватывая опору и оплетая хвостом середину туловища, а затем медленно карабкаются вверх. Как отмечается в статье для журнала Current Biology, ранее такой способ передвижения был для змей неизвестен. Пока его зарегистрировали только у бойг с острова Гуам, куда они попали благодаря человеку в конце Второй мировой войны, однако, возможно, он распространен и в естественных популяциях в Австралии, на Новой Гвинее и соседних островах.
Предки змей лишились конечностей десятки миллионов лет назад. Однако это не помешало данной группе рептилий освоить разнообразные виды перемещения в пространстве, от простого ползания и лазания по ветвям деревьев до рытья и плавания. А некоторые древесные змеи даже адаптировались к планирующему полету.
Команде ученых во главе с Джулией Сэвидж (Julie A. Savidge) из Университета штата Колорадо удалось описать еще один, новый вид передвижения змей. Исследователи работали на тихоокеанском острове Гуам, где пытались создать безопасные искусственные гнездовья для микронезийских скворцов (Aplonis opaca). Основную угрозу для выживания этих птиц на острове представляют коричневые бойги (Boiga irregularis) — небольшие древесные змеи, которые попали на Гуам с островов у побережья Новой Гвинеи в конце Второй мировой войны и полностью уничтожили дикие популяции одиннадцати из тринадцати видов аборигенных лесных птиц, в том числе нескольких эндемичных видов.
Местной популяции скворцов удалось выжить, однако ее численность сильно сократилась. В попытке защитить птенцов этих птиц от инвазивных змей, исследователи в 2016 году разместили дуплянки для них на высоких столбах, заключенных в металлические цилиндры диаметром 15-20 сантиметров. Предполагалось, что бойги не смогут взобраться по их гладкой поверхности. Чтобы убедиться в этом наверняка, Свэвидж и ее коллеги с помощью камеры ночного видения записывали активность змей около столбов, а потом изучали полученные видеоматериалы.
В 2019 году исследователи вернулись на Гуам, чтобы лучше изучить способности бойг. Они поймали пятнадцать змей и по одной запускали их в вольер с установленной внутри вертикальной металлической трубой, на вершине которой была размещена приманка — мертвая мышь. Пять особей смогли взобраться по трубе, используя тот же способ, которые ученые наблюдали при атаке на гнездо скворцов.
Авторы отмечают, что, хотя такой способ передвижения может привести бойгу к труднодоступной добыче, он требует значительных затрат энергии. Змеи, взбиравшиеся по столбу, тяжело дышали и регулярно делали длительные остановки. Кроме того, скорость их подъема составляла всего четыре миллиметра в секунду. Чтобы достичь трехметровой высоты, бойге с учетом пауз пришлось бы потратить около двух часов.
Ранее герпетологи делили все змеиные передвижения на четыре типа: прямолинейное, извивающееся, боковой ход (им пользуются змеи, живущие на песчаных поверхностях) и движение гармошкой. Движение по типу «лассо», которое демонстрируют бойги, больше всего напоминает последний способ, однако заметно отличается от него в деталях. В частности, при перемещении гармошкой, в том числе по вертикальным опорам, змее требуется обхватить поверхность ветки или столба в двух местах, а затем подтянуть заднюю часть тела к передней. Такой метод не позволяет небольшой змее подняться по слишком толстой опоре, ведь она не сможет оплести ее своим телом нужное число раз. Напротив, при движении по типу «лассо» достаточно всего одного захвата, благодаря чему даже небольшая змея может взобраться по толстому столбу или стволу дерева.
Возможно, способность взбираться на столбы появилась у коричневых бойг уже на Гуаме, как одна из адаптаций к новой среде обитания. Однако авторы не исключают, что она может быть характерной чертой всего вида, в том числе популяций из Австралии, Новой Гвинеи и близлежащих островов. Как бы то ни было, навык бойг следует учитывать при планировании мероприятий по охране гуамских птиц, а также строительстве опор для линий электропередач, по которым эти змеи часто взбираются и устраивают короткие замыкания, чреватые масштабными отключениями электричества. Например, вместо цилиндрических кожухов для столбов можно использовать их аналоги в виде перевернутого конуса.
Некоторые змеи ведут скрытный образ жизни, так что герпетологам приходится приложить много усилий, чтобы их обнаружить. Например, недавно специалисты описали новый вид и род мелких змей с Филиппин. Эти рептилии ведут подземный образ жизни и, вероятно, питаются дождевыми червями.