Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
25 юни 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Разни
FACEBOOK

Невромеханика на майсторското чувство за баланс на фламингото (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 18 юни 2017 в 08:4713390
Снимка: Carlos Bustamante Restrepo, CC BY-NC-ND

Всеки, който е опитвал позата "дърво" в йога, ще оцени колко трудно е да се задържи човек на един крак за какъвто и да е срок. Затова и когато наблюдавате фламинго в зоопарка (малцина късметлии - и на свобода) не може да не сте се чудели по какъв начин успява да спи, застанало на един крак.

Разбира се, като хора, ние възприемаме това като трудна задача, защото е трудно за самите нас. Позата "дърво" в йогата става все по-трудна, колкото повече повдигаме крак. Почти невъзможна е ако се прави със затворени очи. 

Лена Тинг, професор по биомедицинско инженерство и рехабилитационна медицина от Emory University, и Йънг-Хуей Чан, професор по биологични науки от Технологичния институт на Джорджия, са двама учени, които се интересуват от това по какъв начин мозъкът контролира тялото - поле, което се нарича невромеханика - разклонение на биомеханиката и невронауката. Техният последен изследователски въпрос е как фламингото успява да стои на един крак. Проучването си те описват в списание Conversation, а резултатите са публикувани в Biology letters.

За целта двамата учени експериментират с цяло ято от млади птици фламинго, както и със скелети и трупове. 

Снимка: Lena Ting, CC BY-ND

До този момент научен отговор по този въпрос не е даден, а само няколко теории. Някои учени смятат, че по този начин фламингото запазва топлината на тялото си докато стои в студената вода. На един крак се предполага, че се намалява наполовина загубата на енергия за затопляне. Друга хипотеза гласи, че така се намалява изтощението на мускулите - единият крак почива, докато другият е напрегнат, но това не е експериментирано до този момент.

Огромно количество метаболитна енергия се изразходва от всяко едно животно при активирането на мускулите докато стои срещу гравитацията и контролира движенията си. Ако има добавен разход на енергия за стоенето на един крак, то тогава не би имало смисъл за фламингото да се пази от загуба на топлинна енергия, само за да я загуби в разход на мускулна енергия, разсъждават Тинг и Йънг-Хуей. И освен това, ако беше уморително за тези птици да стоят на един крак, те биха ли сменяли краката си един с друг вместо просто да стъпят на два крака?

Докато човек чака на опашка на касата в някой магазин, той не прави това с наведени колене - това ще изисква изразходване на огромно количество енергия за активиране на мускулите на краката. Ако трябва да стои в клекнала позиция с бедрата в хоризонтално положение, а коленете под прав ъгъл, човек бързо ще усети невъзможност да се задържи. Краката на фламингото (също като на другите птици) са постоянно в положение "присвити колене", така че има потенциал за огромен разход на мускулна енергия или мускулно усилие, необходимо за поддържане тежестта.

Много животни са еволюирали, така че да ограничават количеството енергия, което изразходват, било то поклащащите се движения на пингвините или прехвърлянето на гибоните от дърво на дърво, или подскачането на хлебарките. Други животни, като например конете, са еволюирали пасивни стабилизиращи механизми, които да им позволят да спят докато са изправени. Висящите прилепи и кацащите по клони птици са еволюирали пасивни механизми за сграбчване, които им позволяват да спят без страх, че ще отслабят хватката.

Източник: Chang and Ting, Biology Letters, CC BY-ND

Единият от начините за изучаване на баланса е да се накара човека или животното да стои върху устройство, което измерва силите, които се прилагат върху земята. От тези измервания може да се изчисли "олюляването на позата" - непрекъснато движение на тялото, когато се стои на един, два или дори четири крайници. Такова движение не се наблюдава при структури със стабилна механика като масата. 

Макар изправеният баланс да е нещо, което хората приемат като даденост, това всъщност е много активен процес. Нервната система непрекъснато усеща движението на тялото докато е изправено и извършва корекции като активира мускули. Количеството на олюляването е индиректен индикатор на дейността на нервната система. Тези малки движения принципно не се забелязват, освен ако нещо не влоши баланса. 


В своите изчисления Лена Тинг и Йънг-Хуей Чан откриват, че младите птици фламинго от зоопарка в Атланта имат изключително малко люлеене докато спят на един крак. Когато са будни и се ухажват или се съревновават със своите приятели, докато са на един крак, тяхната скорост на люлеене се увеличава до седем пъти.

За да установят как се случва това, учените се обръщат към анатомичните данни и скелетите от фламинго за доказателство за наличие на биомеханични стабилизиращи механизми, които да помагат на птиците по-лесно да стоят на един крак. Такива данни обаче не откриват, затова започват свое собствено проучване на морфологията на фламингото - структурните данни на птицата и как те функционират заедно.

Учените правят неочаквано откритие благодарение на трупове на фламинго. Ако бъдат задържани за единия крак, като близалка, под прав ъгъл, те пасивно приемат телесна конфигурация, която изглежда сякаш фламингото стои на един крак. Когато тялото се наклони напред или назад до ъгъл от 45 градуса, конфигурацията остава стабилна. Но когато се опитат да манипулират тялото, те откриват, че ставите стабилно се противопоставят на притеглянето на гравитацията, като в същото време могат лесно да бъдат преместени в друга посока.

Източник: Chang and Ting, Biology Letters, CC BY-ND

Резултатите на двамата учени показват, че гравитацията, заедно със спецификите на анатомията на фламингото, играе важна роля в стабилния стоеж на тези животни на един крак без да блокират ставите им, което може да им позволи да избягат бързо в случай на нужда. Ъгълът на трупния крак от фламинго, погледнат отпред, наподобява наклона навътре, наблюдаван когато жива птица стои на един крак.

Когато кракът е обърнат навътре (погледнато отпред) като при позата на един крак, ставите стават много стабилни. Ако трупният крак бъде държан по-отвесно - когато е по-вертикален, погледнат отпред, той наподобява позата, в която фламингото стои на два крака - тялото вече не е стабилно. Тъй като при починало животно мускулите не са активни, учените интерпретират, че мускулите трябва да бъдат активни за едно фламинго, за да успее да стои на два крака, но това не важи за позата на един крак.

Преди проучването учените смятаха, че се изисква много мускулна енергия за едно фламинго да стои на един крак, но резултатите показват, че това не е така. Птиците могат лесно и за дълъг период от време да се задържат в поза, която при хората много бързо ще се превърне в мъчение, и то без да използват своите мускули. 

Това проучване може да има практически уроци за хората. Инжинерните системи с моторизирани свръзки и крайници, като някои протезни устройства и хуманоидни роботи, изразходват твърде много енергия само за да стоят изправени. Затова може би използването на някои от принципите за баланс на тези птици, може да помогне за създаване на по-стабилни, и все пак подвижни и ефикасни, протези и роботи.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.