Přírodní svět je plný tvorů, které se vyznačují neobvyklým způsobem pohybu, vzhledem, gastronomickými preferencemi, chováním atd. Pro ně samotné samozřejmě není nic neobvyklého, protože to vše je výsledkem statisíců let evoluce zaměřené na přežití druhu v neustále se měnících podmínkách prostředí. To, co je pro zvíře nezbytností, se pro nás stává předmětem výzkumu a inspirace ve vývoji používaném v celé řadě průmyslových odvětví, od medicíny po robotiku. Vědci z Georgia Institute of Technology (USA) se proto rozhodli provést podrobnou analýzu sloního chobotu, s jehož pomocí je býložravý obr schopen pít a sbírat jídlo. Co se děje s chobotem, když se slon napije, jakou sílu používá při zvedání malých předmětů a kde lze poznatky uplatnit? Na tyto otázky najdeme odpovědi ve zprávě vědců. Jít.
Výzkumná základna
Přestože jsou sloni největšími vlastníky chobotů, nejsou zdaleka jediní. Motýli, tasemnice, pijavice, štěnice, tapíři, tuleni sloní atd. – všichni mají tu či onu formu kmene. V různých případech slouží kmen jako orgán dotyku, výživy a dokonce i ochrany.
Pro slony je chobot tvořený nosem a horním rtem jakýmsi „švýcarským nožem“. S jeho pomocí čerpají vodu (kterou si pak nalévají do úst), berou drobné předměty, sbírají ovoce, dýchají při přecházení vodních ploch, používají ji při komunikaci se svými příbuznými atd.
Obrázek č. 1
Jeden africký slon (Africký loxodonta) denně spotřebuje více než 200 kg vegetace a tráví asi 18 hodin denně sháněním trávy, listí, ovoce a kůry stromů (1a).
Nejúžasnější je, že sloní chobot může vážit asi 100 kg, ale zároveň slon může snadno zvednout z podlahy malý a křehký předmět, aniž by jej poškodil. Tajemství takové přesnosti je nejen v pružnosti a pohyblivosti trupu, ale také ve vzduchu, který nasává. Vědci navrhli, že nosní dírky a plíce zvířete hrají důležitou roli v tom, jak slon manipuluje s chobotem. Během vstřebávání vody dochází také k určitým změnám v důsledku svalové kontrakce, což umožňuje slonovi přijmout více vody na jeden zátah.
Skutečnost, že sloni používají vodu a vzduch jako další nástroje k manipulaci s předměty v prostředí, popsal již v roce 1871 Charles Darwin. Všiml si, že sloni dokážou přesunout předměty z jejich dosahu tak, že budou foukat do chobotu. Sloni mohou upravovat dobu foukání v závislosti na vzdálenosti od objektu a dokonce mohou záměrně nasměrovat proud vzduchu na zeď, která pak objekt přitlačí k sobě.
Vědci poznamenávají, že zvířata, která manipulují s předměty pomocí proudění tekutin, obvykle žijí ve vodě, nikoli na souši. Nápadným příkladem jsou ryby z rodu Toxoty (stříkací pistole), schopné vystřelit proud vody na hmyz nad hladinou nádrže.
Bryzgun na lovu.
Olihně a chobotnice také střílí vodu, ale ne pro lov, ale pro pohyb. Mnoho druhů ryb používá to, čemu se říká „krmení sáním“, kdy si tahají potravu do tlamy.
Vzhledem k jedinečnosti tohoto chování mezi suchozemskými tvory vyžadují sloni a jejich choboty studii, říkají vědci. Bylo proto provedeno několik testů, při kterých vědci zaznamenali jakékoli změny v morfologii sloního chobotu při krmení, odběru vody a manipulaci s drobnými křehkými předměty.
Výsledky výzkumu
Během testů (14 průchodů) byl pokusný slon krmen rutabagou nakrájenou na kostičky různých velikostí. Úchop kufru se lišil v závislosti na velikosti a počtu kostek (1b). Po podání 10 malých kostek (méně než 40 mm) použil slon chápavý konec chobotu bez odsávání. Pokud bylo více než 10 malých kostiček, pak slon preferoval sání (1c). Je legrační, že vědci popsali zvuk, který tento proces doprovázel, jako zvuk fungujícího vysavače.
Metody sběru malých (16 mm) a velkých (32 mm) kostek rutabaga. V prvním případě jde o sání (všimněte si zvuku). Druhý to nemá, protože kostky jsou moc velké.
Zajímavé je, že při testech se zrnky nebylo použito odsávání, ale místo toho se slon snažil uchopit co nejvíce zrnek do hrsti. S největší pravděpodobností chybělo odsávání, které by zabránilo uvíznutí zrn v kmeni.
Sloní jídlo pak pokračovalo čipy (tortilly), aby se vyhodnotila jeho interakce s velkými plochými předměty. Tloušťka čipu není větší než 500 mikronů, proto je obtížné jej zvednout z rovného povrchu (byla použita silová platforma). Chcete-li zlomit čip, musíte vyvinout sílu 11 ± 2 N (Newton), což je asi 1% hmotnosti sloního chobotu.
Po prvním kontaktu trval proces zvedání čipu 3.0 ± 0.2 sekundy. Samotný proces lze rozdělit do tří fází (1d и 1e): přiblížení se k předmětu, hledání předmětu, zvedání předmětu.
Přitahování čipu metodou sání vzduchu (video zpomaleno 5x).
Slon se nejprve nedotýkal čipu přímo, ale dotkl se vnějšího okraje silové plošiny, přičemž působil silou 4 ± 1 N. Během fáze hledání se k čipu přiblížil silou 5 N, tzn. 50 % síly potřebné ke zničení čipu.
Během fáze výstupu byla pozorována dvě různá chování. V prvním případě slon aplikoval sání v pevné vzdálenosti od čipu (1d). Ve druhém jsem použil sání, přitlačil kmen přímo na čip (1e). Zajímavé také je, že v každém případě slon čip téměř vždy sebral, aniž by jej poškodil.
Vizuální pozorování slonů, i když je zábavné, poskytuje velmi málo údajů. Vědci proto dodatečně měřili sací tlak vzniklý při testech s vodou. Aby bylo možné lépe vizualizovat tok nasávaný kmenem, byla do vody přidána chia semínka. Průtokový profil se zdá být parabolický, o čemž svědčí větší vzdálenost, kterou urazí chia semínka poblíž středu nosních dírek (2a).
Obrázek č. 2
Naplánovat 2c ukazuje časový průběh toku kapaliny v kmeni, měřený při poklesu kapaliny v nádrži. Během tří zkušebních jízd slon nasával vodu po dobu 1.5 ± 0.1 s, což odpovídá objemovému průtoku Qw = 3.7 ± 0.3 l/s. A tady vědci opět dělají podivné srovnání (to je pro Američany docela běžná praxe): takový objemový průtok odpovídá 20 spláchnutí záchodu (nevím, jak takové srovnání může pomoci posoudit nebo vizualizovat sílu proudění, ale ok ).
Experiment absorpce vody.
Celkový objem kapaliny v kufru byl 5.5 ± 0.41 litrů. Po odsátí 3 litrů nastala přibližně půlsekundová pauza, během které byl průtok 1 ± 1.2 l/s. Průtok se poté opět zvýšil na 4.5 ± 2.1 L/s v poslední půl sekundě sacího cyklu. Podobná dynamika byla pozorována během všech pozorování. Vědci naznačují, že krátké přestávky během sání jsou nutné, aby se zabránilo vniknutí vody do zadního svěrače trupu.
Pro další rozbor bylo nutné určit vnitřní objem kmene (cca 1.9 m dlouhý). K tomuto účelu byla použita data z měření průřezu kmene. Dutina trupu má poloměr 1 cm na distálním konci a 3 cm na proximálním konci. Odhadovaný objem kufru bude v tomto případě 5.2 litru, což se téměř rovná objemu nasáté vody (5.5 litru). Jak může slon nasát více vody než jeho vlastní chobot? Předchozí výzkum ukázal přítomnost svalové struktury vyčnívající z nosních dírek, která umožňuje rozšíření trupu.
Poté vědci provedli ultrazvuková vyšetření (3a), abychom zjistili limity expanze této struktury. Ultrasonografická měření stěn kmene byla provedena za tří podmínek: přirozené dýchání, vodní dýchání a dýchání otrubové vody.
Obrázek č. 3
Na obrázcích 3c и 3d je vidět, že se radiální svaly stáhly, když slon vdechl vodu s otrubami.
Ultrazvukové vyšetření nosní stěny slona během vstřebávání otrub. Červená šipka označuje hranici mezi tekutinou a nosní stěnou.
Počáteční poloměr trupu je 7.5 cm a nosní dírky 1.5 cm. V důsledku toho je tloušťka zkoumané stěny kmene 6 cm, při nasávání vody se tloušťka stěny snížila na 5.7 cm a při nasávání vody s otrubami na 5.6 cm.
Bylo zjištěno, že poloměr nosní dírky během absorpce vzduchu, vody a vody s otrubami byl: 1.5 ± 0.2 cm, 1.8 ± 0.2 cm a 1.9 ± 0.2 cm, v tomto pořadí (3e). Hodnoty poloměru během absorpce vody a vody s otrubami se tak zvýšily o 18% a 28%.
Pokud předpokládáme, že se poloměr zvětšuje po celé délce kmene, pak se vnitřní objem kmene zvětší o 40 % u vody a o 64 % u vody s otrubami.
Každý systém má však své limity. Vědci vytvořili matematický model pro výpočet efektivní vzdálenosti pro podávání sání (2d). Model nám umožnil stanovit maximální tlak aplikovaný ve vodních experimentech a maximální vzdálenost od čipu, kterou by slon mohl zvednout pomocí sání.
Při experimentech s vodou byla průměrná rychlost vody (uw) v trupu je průtok dělený plochou průřezu nosních dírek: Qw / (2πa 2 ) ∼ 2.7 m/s, kde a = 2.1 cm je poloměr nosní dírky. Maximální tlak byl pozorován na konci sacího cyklu, kdy voda dosáhne maximální rychlosti a výšky v kmeni. Pokud počítáte Reynoldsovo číslo* proudění uvnitř nosní dírky, můžete zjistit, zda tekutina zažívá turbulence.
Reynoldsovo číslo* — poměr setrvačných sil k viskózním třecím silám ve viskózních kapalinách a plynech.
Reynoldsovo číslo pro dopravu vody potrubím je Rew = 8.1 x 10 4 a Reynoldsovo číslo pro vzduch je 4.2 x 10 6. Vzhledem k tomu, že tato Reynoldsova čísla jsou nad 4000, můžeme použít Bernoulliho zákon*. V důsledku toho bylo zjištěno, že aplikovaný tlak je -20 kPa.
Bernoulliho zákon* – pokud se tlak kapaliny zvyšuje podél průtokového potrubí, pak se rychlost proudění snižuje a naopak.
Pokud je podobný tlak aplikován při sání třísky, pak je rychlost vzduchu 150 m/s. Výpočty také ukazují, že vzdálenost, na kterou může slon účinně přitahovat předměty, závisí lineárně na velikosti nosní dírky. Předmět s menší hmotností nebo větší plochou lze tedy efektivně vysát na větší vzdálenost než při pokusech s bramborovými lupínky.
V experimentech byla plocha povrchu čipu 113 cm 2 a hmotnost 10 g. S přihlédnutím ke gravitačnímu zrychlení (ve výpočtech 9.81 m/s 2 ) a vypočtenému tlaku (-20 kPa) , vědci zjistili, že maximální efektivní sací výška byla 4.6 cm.
Nejdůležitějším aspektem ovlivňujícím účinnost sání je tlak v plicích slona. Sloni mohou vytvořit vysoký tlak v plicích kvůli jejich specializovanému dýchacímu systému. Rozšiřitelná síť kolagenových vláken vyplňuje pleurální prostor a volně spojuje plíce s hrudní stěnou, aniž by omezovala pohyb plic ve vztahu k hrudní stěně („Proč nemá slon pleurální dutinu?“ John B. West , 2002).
Právě tato anatomická vlastnost umožňuje generování proudění vzduchu při tak vysokých rychlostech. Kromě, endotorakální fascie* Sloni jsou osmkrát tlustší než lidé, králíci, krysy a myši, což může vytvářet další tlak v jejich plicích.
Endotorakální fascie* – vrstva volné pojivové tkáně hluboko v mezižeberních prostorech a žebrech, oddělující tyto struktury od spodní pleury. Fasciální vrstva je vnější membrána hrudní dutiny.
Obrázek č. 4
Nakonec se vědci na základě získaných dat rozhodli zjistit, zda jsou i jiná zvířata schopna přitahovat předměty sáním, stejně jako sloni. Nejprve byl hodnocen poměr tělesné hmoty k poloměru nosní dírky (4a), která se zvyšuje s velikostí tvora (z těch, které byly brány v úvahu ve výpočtech).
Sloni mají nejširší nozdry ze všech studovaných savců s poloměrem nosní dírky v rozmezí od 10 mm na špičce do 30 mm ve vzdálenosti 90 cm od ní. Pomocí slonů jako referenčního bodu vědci zmapovali maximální vzdálenost, na kterou by savci mohli teoreticky přitahovat předměty sáním (4b). Například pro krávy je tato vzdálenost 1 cm a pro prasata a tapíry 0.65 cm.
No, ta nejzábavnější věc, samozřejmě. Člověk může předměty přitahovat i nasáváním vzduchu, i když nebudou tlustší než list papíru a maximální vzdálenost pro úspěšný trik s čipem nesmí být větší než 0.4 mm. A jakékoli kolísání vzduchu mezi čipem a nosem znemožní trik.
Pro podrobnější seznámení s nuancemi studie doporučuji nahlédnout do zprávy vědců.
Epilog
Na vědě můžete milovat její neomezenost. Člověk je připraven s nesmírnou zvědavostí prozkoumat vše, od tajemného prostoru a hlubin oceánů až po sloní chobot.
V této studii vědci provedli experimenty a výpočty, které přesně popisují, jak slon dokáže přitahovat předměty pomocí sání. Na jednu stranu se to zdá jako velmi jednoduchý proces, ale jeho realizace vyžaduje mnoho faktorů, od nestandardních plic až po pružnou svalovou strukturu trupu.
Pro slona je jeho chobot zároveň manipulátorem, senzorem prostředí a nástrojem pro odběr vzorků. Čich slonů je mnohem lepší než náš a flexibilita a pohyblivost chobotu jim umožňuje interakci i s těmi nejkřehčími předměty, aniž by je poškodila.
Sloni jsou úžasná stvoření, která lze snadno nazvat příkladem toho, že i ty nejpodivnější evoluční výstřednosti mají smysl, logiku a praktické uplatnění.
Díky za přečtení, buďte zvědaví a mějte skvělý víkend, kluci.
PS Po přečtení tohoto materiálu vás laskavě žádáme, abyste se doma nepokoušeli přitahovat třísky nasáváním vzduchu. Je nepravděpodobné, že by autoři studie chtěli, abyste se udusili při pokusu napodobit Dumba.
Trochu reklamy
Děkujeme, že s námi zůstáváte. Líbí se vám naše články? Chcete vidět další zajímavé materiály? Podpořte nás zadáním objednávky nebo doporučením přátelům, cloudové VPS pro vývojáře od 4.99 $, jedinečný analog serverů základní úrovně, který jsme pro vás vymysleli: Celá pravda o VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 jader) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps od 19 USD aneb jak správně sdílet server? (možnosti dostupné s RAID1 a RAID10, až 24 jader a až 40 GB DDR4).
Dell R730xd je 2krát levnější v datovém centru Maincubes Tier IV v Amsterdamu? Pouze zde 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV od 199 $ v Nizozemsku! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB – od 99 $! Přečtěte si o tématu Jak vybudovat podnikovou infrastrukturu. třídy pomocí serverů Dell R730xd E5-2650 v4, které stojí 9000 XNUMX eur za haléře?
- Blog společnosti ua-hosting.company
- Populární věda
- Biotechnologie
- Ekologie
- Biologie
Ano, afričtí sloni jsou skutečně velmi společenští. Hlavní stabilní sociální jednotkou afrických slonů je skupina dospělých samic úzce spojených s jejich telaty různého věku.
Pohyby rodinné skupiny řídí nejstarší a největší slon (často nazývaný předek). Zpravidla se jedná o ženy, které za 30–40 let nashromáždily všechny potřebné zkušenosti.
Tato samice bude dělat většinu rozhodnutí o tom, kde a kdy se stádo krmí, pije a odpočívá. Pokud jsou takové staré slonice zastřeleny během lovu, jejich znalosti se ztratí a zbytek skupiny se bude bezcílně toulat.
Muži někdy tvoří malé, nestabilní skupinky mládenců. Dva nebo tři mladší učni, známí jako askari, mohou doprovázet staršího muže. Rodinné skupiny a samci se mohou shromažďovat ve stádech několika stovek jedinců. Pokud se jejich běžné zásoby potravy a vody vyčerpají, budou se sloni pohybovat na velké vzdálenosti, aby dosáhli příznivějších podmínek.
Členové stáda afrických slonů se o sebe navzájem dobře starají. Pokud je jeden z nich nemocný nebo zraněný, ostatní s ním zůstanou, aby ho chránili. Zvláštní pozornost je věnována slůňatům. Dospělci jim pomáhají vylézt na strmé břehy a chrání je před predátory.
Jak nebezpečné je nabíjení slona?
Pokud slon vážně zaútočí, je docela schopný zabít nosorožce a hrocha a také zničit vozidla.
Dokážete rozeznat rozdíl mezi falešným útokem slona a skutečným?
Jak sloni používají své choboty?
Trup je v podstatě upravený nos tvořený svaly. Sloní chobot se postupem času vyvíjel a lze jej využít pro různé funkce. Jen tento upravený nos obsahuje tisíce různých svalů. S pomocí takového nástroje může slon dělat různé věci: sbírat malé ovoce nebo bobule mariely nebo vytrhávat mohutný kmen stromu.
Když se na kmen podíváte zblízka, všimnete si na něm chloupků, které ho činí citlivým na dotek.
Předpokládá se, že slon dokáže rozlišit pachy svým chobotem několik setkrát lépe než kterýkoli pes.
Kmen je důležitý pro sociální interakce mezi členy stáda a používá se také pro náklonnost, zejména mezi matkou a teletem.
Jiné sociální interakce mohou zahrnovat pozdravy a projevy dominance nebo podřízení prostřednictvím různých pozic trupu.
K čemu používá slon své kly?
Kly se primárně používají k vykopávání určitých potravin, jako jsou kořeny stromů, a také k ochraně. V bojích o nadvládu mohou svými tesáky udeřit své protivníky. Sloní kly nikdy nepřestanou růst. To je důvod, proč starší sloni mívají největší kly, což z nich dělá hlavní cíl pro pytláky.
Jaké jsou rozdíly mezi africkými a asijskými druhy slonů?
Výrazným znakem je hrbatá oblast na temeni hlavy.
Na čele je malý důlek
Konvexní nebo rovný krk
Hmotnost 3000 – 6000 kg
Čelo není stlačené
Na temeni hlavy není žádná oblast hrbáče
Na čele není žádná promáčklina
Hmotnost 4000 – 7000 kg
Zajímavé je také to, že afričtí sloni mají výrazně velké uši, které lze přirovnat k tvaru afrického kontinentu. Stejně tak menší uši asijského slona připomínají tvarem indický subkontinent.
V případě afrických druhů mají samci i samice viditelné kly. U asijských druhů mají tesáky zevně vyčnívající pouze samci. Samice mají malé tesáky, které mohou nebo nemusí vyčnívat natolik, aby byly viditelné. Asijští sloni mají na trupu pouze jeden polochápavý „prst“, zatímco afričtí sloni dva.
Jedním z příznaků, že je slon ve stresu, je, že jeho ocas ztuhne a míří na jednu stranu.
Pokud slon kývá ocasem ze strany na stranu ve snaze odehnat mouchy od těla, obvykle to znamená, že je šťastný a uvolněný.
Jak se sloni rozmnožují?
Na rozdíl od hrochů, kteří se při páření spoléhají na vztlakový efekt vody, africký slon nasedne na samici obvyklým způsobem na souši.
Sloni se množí po celý rok. Muži do 25 let nemohou v horkém počasí soutěžit o přístup k ženám. Od 25 let muži pravidelně zažívají vzrušení, protože jejich hladina testosteronu stoupá šestkrát výše, než je obvyklé. Tomu se říká moštové období. Během této doby chodí sloni se vztyčenou hlavou a stávají se velmi agresivní vůči ostatním samcům, kteří se jim raději vyhýbají.
Sloni budou v období moštu bojovat na život a na smrt o přístup k samicím. V omezených oblastech zabíjejí mladé samce poměrně často, aby zpomalili růst populace.
Mladší členové stáda fungují jako chůvy telat, ale ostatní členové rodiny také přebírají plnou odpovědnost za ochranu telat.
Mladí sloni se páří ve věku 25 až 35 let, což je pro samice období, kdy je početí nepravděpodobné.
Samci starší 35 let hlídají samice a páří se s nimi v nejvhodnější dobu pro narození potomků. K páření dochází v přibližně 8hodinových intervalech. Březost slonů trvá déle než u kteréhokoli jiného savce – téměř 22 měsíců. Sloni obvykle rodí jedno mládě každé dva až čtyři roky.
Několik zajímavých faktů o mláďatech slonů afrických
Slůně již při narození váží asi 200 liber (91 kilogramů) a je vysoké asi 3 metr. Do hodiny po narození dokážou stát a chodit. Po několika minutách dítě začne krmit mlékem spíše ústy než trupem. Slůně je krmeno mlékem po dobu nejméně dvou let a i poté zůstává těsně připoutáno ke své matce. Když se tele pokouší sát od jiných kojících samic, je odmítnuto, obvykle silným plácnutím chobotem. Pokud tele přijde o matku, postarají se o něj ostatní samice ve stádě.
Mladí sloni si často hrají tak, že se navzájem cákají nebo cákají vodou a bahnem. Milují také zápasit s choboty a trénovat soutěže v tlačení. Kromě toho se mohou posmívat jiným druhům zvířat, například antilopám.
