Kétlábú mozgás kengurukkal
Új-Dél-Wales
Kenguru, mozgás
Lábfejű mozgás a kengurukban (Bipedie):
A világ minden részén az emlősök mind a 4 lábat használják a mozgáshoz, Ausztrália kivételével. A kenguruk (a Macropodinae csoportja) ugranak és a két hátsó lábukra ugranak. Kétlábúak lettek. De miért?
Rendkívüli (akár 3 m magas és 12 m széles) ugróképességüknek köszönhetően a kenguruk futás közben gyorsan elérhetik a nagy sebességet, és akadályokkal teli terepen is megtarthatják.
Az ugrás magassága és szélessége a lábak erejéből és az erő hosszából, az úgynevezett rugótávolságból származik a testtömeghez viszonyítva. Minél nagyobb a testtömeg, annál nagyobbnak kell lennie az erőnek. Ezért az ugró állatok testtömege felfelé korlátozott, így a nagy kenguruk kb. 90 kg-mal elérik ezt a határt.
Vizsgáljuk meg közelebbről az izomerő és a testtömeg kapcsolatát:
Az izom ereje elsősorban az összes összehúzódó izomrost számától és így az izom keresztmetszetétől függ (ha figyelmen kívül hagyunk néhány trükköt, amelyet a természet "tartogat"). Amikor az izom keresztmetszetének sugara megduplázódik, annak ereje megnő a négyzetben.
Mivel az izomnak térfogata is van, tömege köb alakban változik.
A fiziológiában ennek elkerülhetetlenül további következményei vannak: Ha egy izom tömege és ezáltal teljesítménye megnő, akkor az összes, az izmokat ellátó szervnek is növelnie kell a teljesítményét, vagyis a tüdőtől az emésztőrendszerig terjedő összes belső szerv megköveteli a teljesítmény növelését, mi csak tömegének növelésével lehetséges. Ezenkívül a csontrendszert hozzá kell igazítani a nagyobb erőhöz, ami viszont a csontváz súlyának növekedéséhez vezet.
Ezen összefüggések miatt az ugró állatok testtömege felfelé korlátozott, a kicsi, könnyű állatok viszonylag magasabbra és tovább ugranak, mint a nagyok (a bolha példája ismert).
A rugó hosszának növelése érdekében a láb hosszabbak lesznek, és gyorsabb mozgáskor csak a lábujjak hegyei érintik a talajt (hasonló - analóg, konvergens - fejlődés patásokban).
Csökken a lábujjak száma - a 4. lábujj nagymértékben megnövekszik, és ugráskor lenyomatként szolgál, az 5. lábujj biztosítja az egyensúlyt, a 2. és a 3. lábujj furcsa módon összeolvad, és ápoláshoz, az 1. lábujj. Lábujj teljesen hiányzik.
A kétlábú ugráló mozgás kialakulásának okai?
Az ugráshoz minden lábat egyszerre kell lenyomni a földről. A test súlypontjának gyorsan be kell jutnia a fő táplálékerő alá. Ez kétlábúaknál önmagában működik, a kiegyensúlyozáshoz hosszú farokot használnak. (Ez utóbbi nyilván nem feltétlenül osztályzatokból származik, amit emberek és békák is bizonyítanak.)
A hátsó lábak hatalmas izomtömege biztosítja a szükséges erőt. Az izomösszehúzódáshoz szükséges energiát a glükóz oxigén általi elégetése biztosítja (sejtlégzés vagy disszimiláció). Most annyi oxigént fogyasztanak ismételt ugrásokkal, hogy a készletek nem tudnak lépést tartani. Az izom átáll az oxigén nélküli energiatermelésre, a főzésre, a tejsav kifejlődésére és felhalmozódására. Ez utóbbi izomfáradtsághoz vezet (emberek egy 100 m futás végén). Ezenkívül a főzés során csak kis mennyiségű energia nyerhető az oxidatív energiatermeléshez képest (a glükóz oxigénnel történő lebontása = disszimiláció).
A kenguruk elsajátították ezt a problémát azzal, hogy tekercsbe képezték hátsó lábukat. Ennek eredményeként a becsapódási energia nagy része az ugrás során tárolódik ("normál" négylábú állatoknál melegségként elvész), és a következő ugrásra használják fel.
Illusztráljuk ezt: Ugráskor egy kenguru egyszerre mindkét hátsó lábbal leugrik a földről (lásd a fotókat), messzire lendíti őket, és újra visszahelyezi őket. Az ütési energia olyan magas, hogy a normálisan felépített lábak eltörnek. A kenguruk esetében a hátsó lábak becsapódnak az ízületekben ütközéskor, és a fellépő erőket elnyelik a rugalmas tulajdonságú szervek. Lényegében ezek az inak - különösen az Achilles-ín - nyújthatók, mint egy bungee band. Az inak ezután újra összehúzódnak, felszabadítják a tárolt energiát, és biztosítják, hogy a lábak ismét megnyúljanak, ami az állat testét a következő ugráshoz felemeli.
Az ugrási teljesítményt elsősorban az inak tavaszi fellépése okozza, ami természetesen nem kerül energiába. De mint minden energiaátalakításkor, úgy energiaveszteség is előfordul, amelyet az izomerővel kell pótolni. (A veszteség nagysága a szerzőtől függően nagyon eltérő.)
A futópadon végzett "normális" emlősökkel végzett kísérletek során az oxigénfogyasztás (az energiafogyasztás mértéke) a sebesség növekedésével (30 km/h felett) többször is megnő, miközben a kenguruk energiafogyasztása gyakorlatilag nem változik.
Elülső lábak, feladatok
A hátsó lábak specializációja a gyors mozgásban azt jelentette, hogy az elülső lábak más feladatokat is elvégezhettek: megragadhatták, segítették az ételt, ápoltak (lásd az alsó képeket), és csak másodlagos feladat a vágás, ha lassan mozogtak. Az evolúció során csökkent a méret, mert az építkezési erőfeszítéseket alacsonyabban lehetett tartani. Ugyanakkor mind az öt ujja karmával az evolúcióban maradt.
A bipédia előnyei a kengurukban:
A gyors menekülés szükségessége nem okozhatja a kétlábú kenguruk fejlődését. Például a négylábú gazellák ugyanolyan gyorsak. Ki elől meneküljenek a nagy kenguruk? Ausztrália legnagyobb szárazföldi húsevőjeként a farkasfarkas nem volt alkalmas elegendő szelekciós nyomás létrehozására, és a későn importált dingo sem volt megfelelő.
Valami egészen más volt a döntő. A hátsó lábak tavaszi felépítésének köszönhetően az izmoknak nem kell elvégezniük a fő munkát, alig melegednek fel, és nem kell hűteni őket. Ez nagy mennyiségű vizet takarít meg, mivel ellenkező esetben a vizet lélegzéskor el kell párologtatni a párolgási hideg elérése érdekében.
Ausztrália évszázadok óta a legszárazabb kontinens, kifejezett sztyeppékkel és szavannákkal. Az állatoknak nagy távolságokat kellett megtenniük a következő vízlyukig és a következő legelőterületig (friss fű, amely helyi zivatar után megnőtt). A kenguruk ugró képessége miatt ezt megtehetik anélkül, hogy túl sok vizet veszítenének.
Ennek a kontinensnek a szárazsága szükségessé tette a kétlábú ugrás kialakítását.
A két lábon való ugrás előfordulása más balekokban azt mutatja, hogy ez a fajta mozgás alkalmazkodik a száraz régiók életéhez: A jerboa a Szaharában, a kenguru patkányok pedig Amerika sivatagszerű száraz területein fordulnak elő.
A bipédia hátrányai:
Ezzel a specializációval elfogadott, hogy a lassú mozgás (kenguruknál még "ötlábú" is, mivel a farok * amolyan ötödik lábként működik) több energiát jelent, mint négylábú barátoknál - 5 km/h sebességgel körülbelül négyszer annyiba, mint egy másik bimbó esetén. Méret.
A hátsó lábakat és ízületeiket az ugráskor nagy terhelés miatt meg kellett merevíteni, így a gyors mozgás során alig lehetségesek szélsőséges irányváltások, vagy akár hátra sem lehetséges mozgás, ami Ausztrália útjain is megfigyelhető. Ugyanakkor a hátsó végtagok nem mozgathatók önállóan, legalábbis a szárazföldön, de meglepő módon ez a vízben úszás közben lehetséges.
Ezenkívül ennek az állatcsoportnak a méretkorlátozása jelentős, nagyobb állatok esetében a "hasznos teher" és a szükséges mozgásszervi izmok közötti kapcsolat gazdaságtalan lenne. Egy elefánt egyszerűen nem tud ugrani.
* Lassú mozgáskor a farok egyfajta ötödik lábként szolgál. A hátsó lábak egyidejű megemelésére és előre állítására szolgál (lásd a középső képet).