Реферат: Особенности движения амфибий

Жданова Т. Д.

Движение земноводных, как и всех других животных, обеспечивает как их перемещение в пространстве, захват пищи и другие индивидуальные действия, так и взаимодействие с другими особями при репродуктивном и социальном поведении. Всем без исключения организмам даны специальные органы, а также многочисленные целесообразные устройства для осуществления двигательных процессов.

Управляемая костно-мышечная система

Позвоночные животные, в том числе земноводные, для передвижения в пространстве, а также движения отдельных частей тела и органов наделены превосходно укомплектованной всем необходимым, управляемой и четко координируемой костно-мышечной системой. Такой сложный опорно-двигательный аппарат представляет собой единый комплекс, состоящий из костей, суставов, связок, мышц, их нервных образований, анализаторов и т.п. Многочисленные звенья подвижно соединены в суставах, поэтому допускают поворот одного звена относительно другого, причем осей поворота может быть до трех. Соответственно, они обладают одной, двумя и тремя степенями свободы и придают телу высокую подвижность, гибкость и маневренность.

Прочную основу тела и защиту организма от повреждений осуществляет скелет. К его костям прикрепляются поперечно-полосатые мышцы, которые, благодаря целесообразно расположенным в них нервным окончаниям, управляются центральной нервной системой с помощью двигательного анализатора. Согласованная деятельность всей мускулатуры тела позволяет осуществлять многочисленные и разнообразные движения. При передвижении в пространстве (например, ходьба, бег, плаванье, ползанье, прыжки) и даже при стоянии и сидении опора тела требует активного напряжения мускулатуры.

Двигают тело, натягивая «рычаги» костей скелета, поперечно-полосатые мышцы. Они осуществляют внешние движения туловища, головы, конечностей, языка амфибий, в том числе все произвольные поведенческие действия. А гладкие мышцы удерживают внутренние органы и обеспечивают их непроизвольные движения. Они образуют, например, мускулатуру стенок кровеносных сосудов, пронизывают ткани внутренних органов и кожи. Что самое удивительное, все богатство движений живых существ обеспечивается тем единственным, чем наделена мышечная ткань – способностью сокращаться. Происходит это под влиянием электрического или химического раздражителя. А поскольку растягиваться и толкать вперед мышца не «умеет», то должна постоянно работать только с «напарницей». Например, существуют верхняя и нижняя мышцы предплечья. Когда сокращается одна из них – конечность идет вверх, а когда сокращается другая – вниз. Этим обеспечивается сгибание и разгибание, вытягивание и стягивание. Подобные парные мышцы-антагонисты действуют в противоположных направлениях. Они предназначены для создания тончайших синхронизированных комбинаций. И благодаря этому осуществляются самые сложные и точные движения.

Как протекает весь комплекс электрохимических процессов в мышцах при сокращении, ученые не знают. Однако известно, что коэффициент полезного действия мышц гораздо выше, чем этот коэффициент у двигателя внутреннего сгорания. Если бы удалось разобраться в сложном комплексе протекающих в мышцах процессов, системе управления и синхронизации, то был бы шанс создать невиданные по экономичности и своим возможностям двигатели и механизмы. И тогда рукотворные устройства смогли бы хотя бы в какой-то мере приблизиться по своим характеристикам к превосходным показателям мышц животных.

Координируемая работа мышц

Каким образом осуществляются зачастую проворные и ловкие движения амфибий? Как так называемая «система рычагов» четко и слаженно выполняет свою работу? Каким образом осуществляется координация такого, казалось бы, простого, но удивительно целенаправленного движения как, например, прыжок амфибии в точно рассчитанном направлении с приземлением в нужном месте? Некоторые из этих вопросов были рассмотрены выше, где отмечена важная роль зрительной системы в управлении движением. Не менее важна для этого и согласованная (скоординированная) работа определенных мышц. Они управляются импульсами (сигналами) из центральной нервной системы. Рождаются эти импульсы благодаря сложнейшим и взаимосвязанным действиям различных анализаторов. Так, зрительный анализатор через свой орган чувств – глаз, получает информацию из внешней среды. Он анализирует ее, используя врожденные и приобретенные опытом знания, и выдает в виде сигналов точный расчет для прыжка амфибии или хватательных движений ее передних лапок. В это время двигательный анализатор воспринимает и анализирует сигналы, идущие от мышечно-суставного аппарата. Они сообщают о направлении, величине и скорости совершающегося движения.

Существует множество примеров, подтверждающих способности многих земноводных к сложным манипуляционным действиям. Например, жабы, зачастую имеющие дело с перепачканными в грязи червями, хватают добычу за тот конец, который шевелится, а затем ловко протягивают ее между пальцами передних лап. Очищенного от прилипшей грязи червяка жабы отправляют в рот, а закончив трапезу, они «аккуратно» вытирают лапками свои губы. Трудно себе даже представить, какое огромное количество координируемых взаимодействий различных анализаторов, управляемых мозгом, здесь использовано. Удивительно, что в комплексе сложнейшего инстинктивного поведения животного учтены даже такие, казалось бы, незначительные для его жизнедеятельности возможности.

Возможности конечностей

Удивительно эффективные и целесообразные устройства представляют собой конечности земноводных. Они созданы для активной жизнедеятельности, как в воде, так и на суше, поэтому позволяют амфибиям двигаться во всех стихиях: прекрасно плавать, ползать, ходить и прыгать по земле и даже совершать перелеты по воздуху подобно планеристам. Передние конечности бесхвостых земноводных совсем не похожи на лапы других четвероногих. Их ногами никак не назовешь – лапки больше напоминают детские ручонки. Эти замечательные конечности земноводных помогают им не только плавать и передвигаться по земле, но и взбираться на деревья, рыть землю, строить гнезда и многое другое. Они обеспечены целым арсеналом вспомогательных средств, расширяющих возможности «системы рычагов». Это диски-присоски и железы, выделяющие липкую жидкость для прикрепления к различным поверхностям; мягкие подушечки, смягчающие удар при приземлении; жесткие «мозоли» для рытья; плавательные перепонки и многое другое.

Для передвижения амфибиям даны различные способы и устройства. Например, жабы в основном имеют короткие лапы и чаще передвигаются по земле очень небольшими прыжками или ходьбой. Характерной особенностью лягушек является обладание длинными задними лапами с перепонкой между пальцами. Эти лапы позволяют им прекрасно прыгать, плавать, лазит и даже скользить. Благодаря сильно развитой мускулатуре задних лап лягушка, резко отталкиваясь ими от земли, выпрыгивает высоко в воздух. А чтобы смягчить приземление, автоматически «срабатывает» механизм подачи в точку касания с землей передних лап, специально обустроенных мягкими подушечками. Такие замечательные устройства выводят бесхвостых амфибий в ряд чемпионов по прыжкам среди позвоночных, если учесть соотношение размера прыгуна с преодоленным расстоянием. Например, чернопятнистая квакша при длине 30 мм может прыгнуть в длину на полтора метра, а европейская прыткая лягушка в случае опасности способна даже совершить трехметровый прыжок.

Оснащенность пловцов и землекопов

Большинство амфибий имеют прекрасную возможность быстро плыть к намеченной цели. Передвижение в воде лягушек осуществляется благодаря мощным толчкам задних лап с плавательными перепонками. Их конструкция настолько удобна, что она использована людьми при создании спортивных ласт. Да и способ плаванья лягушек весьма эффективен – ее передние лапки плотно прижаты к телу. Недаром этот способ лег в основу таких спортивных стилей, как брасс и баттерфляй. Гребенчатый тритон также во время плаванья умело прикладывает лапки к бокам, хотя его этому никто не учил. Их он использует как рули глубины. А поступательное движение тритона обеспечивает его важный помощник во многих целесообразных действиях – хорошо управляемый хвост.

Многие виды амфибий обладают и спасительной способностью сравнительно быстро закапываться в землю. Так, чесночница ночью занимается охотой, а днем прячется в земле, закапываясь при помощи своих роговых мозолей на лапках. Делает это она достаточно ловко, т.к. менее чем за минуту, может полностью погрузиться в песок или рыхлую землю. Где бы ни застало этих земноводных утреннее солнце, они тот час же зарываются, исчезая под землей почти в вертикальном положении. При этом чесночницы могут жалобно мяукать, как маленькие котята. Возможность закапываться позволяет представителям некоторых видов амфибий переживать длительные периоды засухи или похолодания. А некоторым амфибиям, жителям пустынь, дана чудесная способность оставаться живыми под толщей песка до 2-3 лет.

Устройства для прыжков по деревьям

Представители некоторых видов квакш проводят определенную часть своей жизни в кронах деревьев. Эти небольшие и ловкие амфибии оснащены замечательным комплексом устройств для совершения виртуозных прыжков. Кончики их пальцев вооружены специальными дисками или пластинками, которые действуют как присоски. Благодаря ним лягушки удерживаются на гладкой поверхности ствола, ветки, древесного листа, могут прогуливаться по гладкой стене и даже висеть вниз головой. Они так легко и непринужденно перепрыгивают с листа на лист, что некоторые пернатые по сравнению с ними кажутся неуклюжими. А чтобы сцепление присосок с поверхностью было надежным, в комплекте для передвижения еще предусмотрены дополнительные устройства и механизмы. Во-первых, квакшам даны специальные мышцы, которые делают диски плоскими по отношению к гладким поверхностям прикрепления, а также позволяют подгонять диски к рельефу шероховатой поверхности. При этом происходит полное совпадение выступов на подушечках с мельчайшими впадинами места прикрепления. Во-вторых, их кожа на горле и животе, да и сами диски обладают железками, выделяющую липкую жидкость. Она обеспечивает капиллярные силы сцепления частей тела с гладкими поверхностями. Причем значительная площадь живота, покрываемая этой жидкостью, также служит отличной присоской. Такие устройства и механизмы прилипания позволяют лягушкам передвигаться даже по таким скользким поверхностям, как мокрое стекло.

Эти изящные существа являют нам пример чудесных возможностей, которыми обладают различные животные. Так, создание такого способа передвижения, как прыжки по деревьям, сопровождаемого применением присосок с жидкими липкими смазками, должно предполагать глубокие познания в различных науках: гидродинамике, теории адгезии, химии и др. Совершенно очевидно, что такими знаниями они не обладают. Все возможности организма каждого конкретного вида организма реализуются благодаря его «мудрой» наследственной программе.

Самыми необычными квакшами слывут филломедузы. На их передних и задних лапках внутренние пальцы противопоставлены остальным. Совсем как на обезьяньей руке. Благодаря этому квакши легко обхватывают лапками ветки и очень крепко на них держатся. Говорят, что филломедузе проще оторвать лапку, чем заставить ее отпустить ветку. За то, что эти изящные существа замечательно лазают, их называют обезьянками. Но по скорости передвижения филломедузы напоминают ленивцев. Перед каждым шагом квакша долго шарит в воздухе передней лапкой, пока не найдет и не ухватится за ветку. Подтянув заднюю лапку, она еще дольше ищет для нее опору. Затем наступает черед следующей передней лапки и т.д.

Совершенно по-иному ведет себя замечательная прыгунья – кубинская карликовая квакша, живущая по окраинам пересохших прудов и болот. Устройство ее конечностей обеспечивает такое стремительное передвижение, что кажется, будто она не прыгает, а порхает. Стоит малышку вспугнуть, и она красивыми прыжками молниеносно исчезает в листве кустарника. И недаром местное название этой квакши в переводе означает «ильная летучая мышь».

Что помогает «летающим» земноводным переноситься в воздухе на достаточно большие расстояния (до 10-12 м), прикрепляться к поверхностям, лазить по деревьям и плавать? Если рассмотреть известную яванскую летающую лягушку и ее ближайших родственников, то можно насчитать несколько замечательных устройств, обеспечивающих ей большое разнообразие способов передвижения. Во-первых, для прыжка-полета эти лягушки обеспечены большими перепонками, которые расположены между специфичными длинными пальцами лап. Они прекрасно служат им вместо крыльев для опоры в воздухе. Ведь при длине животного около 10 см общая площадь перепонок на четырех лапах составляет 80 см2. Во-вторых, туловище лягушки обладает возможностью надуваться до значительных размеров, что улучшает ее «летные» качества. А в-третьих, для надежного приземления и лазанья по деревьям амфибия обеспечена пневматическими подушечками на концах пальцев. Можно только удивляться оснащенности «летающих» амфибий и отлаженности механизмов конкретного использования не совсем обычных для земноводных устройств.