Cieszę się, że w dzisiejszym “New York Times” w dziale nauki jest prawdziwa nauka o czymś innym niż zdrowie człowieka. Przeczytajcie
krótki artykuł i obejrzyjcie świetne wideo o największym przyspieszeniu i stosunkowej mocy jakiegokolwiek kręgowca. A jest nim kameleon. Ten krótki artykuł opisuje pracę
Christophera V. Andersona, badacza z Brown University. Jego strona internetowa zawiera linki do jego
trzynastu wideo o żerowaniu kameleona i jeden z nich pokażę poniżej.
Dwa akapity z dzisiejszego artykułu w „New York Times” (moje podkreślenie):
Najmniejszy kameleon, jakiego [Anderson] badał, Rhampholeon spinosus, nie tylko najdalej wyciągał język, ale, jak pisze w artykule opublikowanym w “Scientific Reports”, miał największe przyspieszenie i największą moc dla jakiegokolwiek ruchu gada, ptaka lub ssaka. Małe owady i skorupiaki ustonogie mogą zawstydzić większe zwierzęta.
Przyspieszenie wynosi około 2,5 tysiąca m/s², co znaczy, że język ciągnie około 264 g. Moc wyjściowa wynosi zaś 14040 watów na kilogram.
Anderson przedstawia hipotezę, że stosunkowo dalsze wyciąganie języka przez mniejsze kameleony opiera się na ich potrzebie stosunkowo większej ilości pokarmu z powodu wyższego metabolizmu. Możecie przeczytać jego artykuł w “Scientific Reports” (odnośnik i link poniżej). Oto moje streszczenie:
Anderson mierzył długość wyciągnięcia języka, szybkość, przyspieszenie i moc u 55 osobników (279 wydarzeń) z 20 gatunków kameleonów z dziewięciu rodzajów. Tutaj jest wykres tych danych przedstawionych wobec długości pyska-otworu (“SVL”) w każdym gatunku. Wykres A pokazuje odległość wyrzutu, B szczytową prędkość wyrzutu, C szczytowe przyspieszenie wyrzutu, a D szczytową moc wyrzutu w stosunku do masy ciała. Jak przewidział Anderson, moc wyrzutu (ale nie prędkość) jest wyższa u mniejszych gatunków, a choć większe gatunki potrafią wyciągać języki na większe odległości, mniejsze gatunki potrafią wyciągać języki na stosunkowo większe odległości, tj. mniejsze gatunki potrafią pochwycić zdobyć na większe odległości w stosunku do rozmiarów swojego ciała – proporcjonalnie większe odległości. (Stosunkowo większa odległość wyrzutu na wykresie A jest pokazana przez nachylenie czarnej linii, które jest znacząco mniejsze niż oczekiwane po samym rozmiarze ciała – nachylenie „oczekiwanej” jasnoszarej linii przy założeniu, że wyrzut języka odpowiada dokładnie rozmiarom ciała. Ponieważ mniejsze kameleony wypadają poza oczekiwaną linię, wyciągają języki dalej niż oczekiwane przy skali 1:1.)
W porównaniu do innych gatunków te dane pokazują, że kameleony wykazują najwyższe szczytowe przyspieszenie i moc w stosunku do masy z wszystkich znanych owodniowców (ssaków, gadów i ptaków). Tutaj są dane przytoczone przez Andersona:
Przykłady skrajnych wyczynów są dobrze znane u innych małych organizmów, szczególnie małych bezkręgowców. Niektóre pluskwiaki Fulgoromorpha skaczą z przyspieszeniem na wysokość aż 7051m s-2 (719g) a ich moc wynosi aż 160300W kg- 1. Także ustonogi uderzają agresywnie z przyspieszeniem 104000 m s-2 (10605 g) z mocą aż 470000W kg- 1, a mrówki Odontomachus zamykają szczęki z przyspieszeniem rzędu 105 x g. Wśród kręgowców skrajne ruchy dają wyniki, które także są imponujące, choć skromniejsze niż u bezkręgowców. Na przykład, zaobserwowano ropuchy wyrzucające języki z przyspieszeniem 1440 m s-2 (147g) i mocą 9600 W kg-1. Z drugiej strony, salamandry bezpłucnikowate wyrzucają języki z przyspieszeniem do 4492 m s-2 (458 g) i mocą aż 18129 W kg-1. Wśród owodniowców jednak wyczyny są stosunkowo zredukowane, także wobec ruchów napędzanych przez elastyczny odrzut. Ocenia się na przykład, że skaczące galago potrzebują mocy 1700-2350 W kg-1 masy5 mięśni przy przyspieszeniu do 120m s-2 (12g). Zakładając tę samą proporcjonalnie masę mięśni zaangażowanych w skoku w stosunku do masy ciała, o jakiej informowano u galago (40%)3, skoki wyraków wymagałyby 1820 W kg-1. Wreszcie, chociaż nie napędzane przez elastyczny odrzut, uderzenia żmij mogą osiągać przyspieszenie 119 m s-2 (2g), a wyciąganie szyi u żółwia jaszczurowatego sięga ponad 160 m s-2 (16g). Choć poziom wyczynów zanotowanych w tym badaniu nie zbliża się do wielu ruchów u bezkręgowców, nasze dane pokazują, że kameleon jest w stanie osiągnąć podczas wyrzucania języka szczytowego przyspieszenia i szczytowej mocy w stosunku do masy ciała o wartościach najwyższych wśród owodniowców.
Spójrzcie na przyspieszenie ustonogów: 104000 m/s²!
Wielkim pytaniem jest: dlaczego mniejsze gatunki wykazują się większą mocą i stosunkowo większym zasięgiem języka. Anderson zakłada, że jest to adaptacyjne (uwaga: może nie być!) i mówi, że wiąże się to z stosunkowo wyższymi potrzebami metabolicznymi mniejszych gatunków. Podaje również drugą hipotezę, ale nie będę jej tu opisywał. Jego dane popierają hipotezę o metabolizmie. Jak pisze w artykule:
Przy wyższym metabolizmie w stosunku do masy ciała u mniejszych zwierząt małe gatunki kameleonów mogą być pod presją podniesienia skuteczności swojego aparatu pokarmowego w celu zminimalizowania ograniczeń metabolicznych. Według tego scenariusza można oczekiwać, że małe kameleony będą wyrzucać języki stosunkowo dalej niż większe gatunki i będą zdolne do chwytania większej zdobyczy.
W badaniu odkryliśmy… że zarówno szczytowe przyspieszenie, jak moc wyjściowa zmieniały się bezpośrednio proporcjonalnie do rozmiaru ciała, sugerując, że potencjalna utrata energii z powodu wysokiego przyspieszenia nie jest redukowana u małych gatunków przez proporcjonalnie niższe przyspieszenie dla ich rozmiarów ciała. Z drugiej strony, z proporcjonalnie dłuższymi szczękami i proporcjonalnie większym językiem, proporcjonalnie większym mięśniem poprzecznym języka i proporcjonalnie dłuższym wysunięciem języka w stosunku do długości ciała, małe kameleony skutecznie podniosły stosunkowe rozmiary całego swojego aparatu pokarmowego. Robiąc to, małe kameleony zwiększyły funkcjonalny zasięg mechanizmu chwytającego zdobycz i są prawdopodobnie zdolne do chwytania i przetwarzania większej zdobyczy niż byłyby w stanie, gdyby ich mięśnie poprzeczne i szczęki nie były nieproporcjonalnie duże w stosunku do ich rozmiarów ciała. Popiera ten wniosek wybór proporcjonalnie większej zdobyczy przez mniejsze z dwóch postaci morfologicznych Bradypodion.
Nie jestem jednak pewien, czy mniejsze gatunki kameleonów rzeczywiście mają wyższy metabolizm w stosunku do masy ciała niż większe gatunki. Autor przytacza pięć prac na poparcie tej hipotezy, ale jedna z nich jest o ssakach, jedna o ptakach i jedna o płazach. Wiemy, że u ssaków i ptaków metabolizm w stosunku do masy ciała istotnie jest wyższy u mniejszych gatunków (tracą więcej energii w wypromieniowanym cieple, ponieważ ich powierzchnia ciała w stosunku do masy jest wyższa). Nie czytałem jednak dwóch pozostałych prac o gadach (jedna jest tylko o kameleonie pustynnym, a więc nie jest istotna), więc nie jestem pewien, że mamy informację dla gadów, pokazującą wyższy stosunkowo metabolizm u mniejszych gatunków. W końcu gady, w odróżnieniu od ptaków i ssaków, są ektotermiczne (regulują temperaturę ciała zewnętrznie od środowiska zamiast utrzymywać stałą temperaturę z ciepła metabolicznego). To może eliminować związek powierzchni/masy ciała u ptaków i ssaków, które muszą równoważyć utratę ciepła z ciała produkując ciepło w tkankach.
Tutaj jest jedno z wideo Andersona, pokazujące słynnego kameleona Jacksona (Triceros jacksonii, zamieszkującego Afrykę) który chwyta larwę.
Wideo
______________
Anderson, C. V. 2016. Off like a shot: scaling of ballistic tongue projection reveals extremely high performance in small chameleons. Scientific Reports 6:18625.
You wont believe which vertebrate shows the greatest acceleration
Why Evolution Is True, 5 stycznia 2016
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
