• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nietoperze mają superszybkie mięśnie? No pewnie!

    05.10.2011. 11:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Echolokacja to najlepsze narzędzie nietoperza, które pomaga mu w nawigacji i polowaniu na ofiary. Odbijanie się fal dźwiękowych umożliwia nietoperzom wierne odwzorowywanie otoczenia w całkowitych ciemnościach. Duńsko-amerykański zespół naukowców rzuca nowe światło na to, dlaczego nietoperze posiadają właśnie takie możliwości. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Science pokazują, że kluczem do tych umiejętności są "superszybkie" mięśnie.

    Naukowcy z Uniwersytetu Południowej Danii i Uniwersytetu Pensylwanii w USA wykazali, że mięśnie te potrafią kurczyć się około 100 razy szybciej niż typowe mięśnie szkieletowe. Są również 20 razy szybsze od najszybszych mięśni człowieka - czyli tych, które sterują ruchem gałki ocznej.

    "Wcześniej wiadomo było jedynie, że superszybkie mięśnie są częścią wytwarzających dźwięk organów grzechotników, ptaków i kilku ryb" - wyjaśnia profesor Coen Elemans z Uniwersytetu Południowej Danii, naczelny autor badań. "Teraz po raz pierwszy odkryliśmy je u ssaków, co sugeruje, że mięśnie te - wcześniej uważane za wyjątkowe - są powszechniejsze niż dotychczas sądzono."

    Według naukowców echolokacja różni się od widzenia, ponieważ z każdym dźwiękiem i echem zapewnia nietoperzom jedynie wycinek obrazu otoczenia, podczas gdy widzenie jest stosunkowo ciągłym strumieniem informacji o otoczeniu. Echolokacja zmusza nietoperze do wydawania szybkich serii dźwięków.

    Podczas polowania na ofiarę nietoperze muszą szybko aktualizować położenie swojej ofiary - nie jest to łatwe, bowiem owady latające mogą poruszać się w każdym kierunku. W momencie krytycznym nietoperze generują "śmiertelny szum", wydając 190 dźwięków na sekundę.

    "Naukowcy prowadzący badania nad nietoperzami założyli, że mięśnie kontrolujące to zachowanie muszą być szybkie, niemniej nie było wiadomo, jak funkcjonują" - wyjaśnia Andrew Mead, absolwent Instytutu Biologii na Wydziale Sztuki i Nauki Uniwersytetu Pensylwanii. "Badania nad superszybkimi mięśniami są jeszcze daleko od stwierdzenia jak one funkcjonują. Ostatnie badania łączą wiele różnych światów: mięśnie, bioakustykę i echolokację oraz aspekt behawioralny nietoperzy."

    Zespół ocenił funkcjonowanie mięśni głosowych nietoperzy, podłączając jeden z nich między silniczek a czujnik siłowy i pobudzając go elektrycznie do napinania się. Kiedy silniczek był nieruchomy, pojedynczy impuls elektryczny umożliwił naukowcom obliczenie czasu potrzebnego mięśniom nietoperza do drgnięcia lub skurczenia się i rozluźnienia.
    "Drgnięcie daje nam pojęcie o czasie, jaki jest potrzebny komórce mięśniowej do przejścia wszystkich kroków, wszystkich reakcji chemicznych niezbędnych do wywarcia siły i ponownego rozluźnienia się" - podkreśla Mead. "Im szybszy mięsień, tym krótsze drgnięcie. Mięśnie te potrafią wykonać wszystkie ruchy w czasie krótszym niż jedna setna sekundy."

    Zespół zmodyfikował jednak długość mięśnia w czasie kurczenia się, aby ustalić, jak intensywnie pracują mięśnie nietoperza. Mięsień wydłużał się i skracał w kontrolowanym tempie w czasie pracy silniczka. Podczas gdy mięsień wydłużał się naukowcy pobudzali go do skurczu, aby sprawdzić, czy wywrze on większą siłę na silniczek niż silniczek na mięsień. W celu ustalenia, czy mięsień jest naprawdę typem superszybkim, zespół zwiększył prędkość silnika do ponad 100 drgnięć na sekundę.

    "Zawsze są ograniczenia, co do liczby możliwych drgań w danym przedziale czasu" - mówi Mead. "Zwiększanie częstotliwości, drgnięcie za drgnięciem, powoduje dojście do punktu, w którym drgania zaczynają nakładać się na siebie i mięsień nie rozluźnia się całkowicie ani na chwilę. Osiągnęliśmy najwyższą częstotliwość cykliczną, w której nadal mieliśmy dowód na włączanie i wyłączanie się mięśnia."

    Profesor Elemans zauważa: "Określiliśmy siłę jaką są w stanie zapewnić mięśnie, niemal tak jak się mierzy osiągi samochodu. Zaskoczyło nas, że nietoperze dysponują superszybkimi mięśniami i mogą wykonywać ruchy z częstotliwością do 190 razy na sekundę, ale także i to, że to same mięśnie ograniczają tak naprawdę maksymalne tempo wydawania dźwięków w czasie szumu."

    Mead dodaje: "Można to porównać do silnika samochodu. Silnik można wyregulować pod kątem wydajności albo mocy, w zależności od potrzeb. Okazuje się, że nietoperze zużywają dużo siły, aby uzyskać te szybkie oscylacje. W pewnym sensie to jak silnik, który został ustawiony na ekstremalnie wysokie obroty."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Sonar – urządzenie używające długich, średnich lub krótkich fal dźwiękowych do nawigacji, komunikacji, detekcji, określania pozycji, śledzenia oraz klasyfikacji ruchomych i nieruchomych obiektów zanurzonych, znajdujących się na powierzchni cieczy bądź w powietrzu. Nazwa "sonar" wywodzi się od akronimu "SOund Navigation and Ranging". W zależności od zasady działania, sonary mogą być aktywne bądź pasywne, mogą także łączyć obie te cechy. Najczęstszym środowiskiem zastosowania urządzeń sonarowych jest środowisko ciekłe zwłaszcza wodne, jednakże ich odpowiednie formy mogą być wykorzystywane także w środowisku gazowym, w tym w powietrzu. W zależności od zastosowania i konstrukcji systemy echolokacyjne mogą używać bardzo szerokiego zakresu fal dźwiękowych - od infradźwięków po ultradźwięki. U niektórych zwierząt takich jak delfiny czy nietoperze umiejętność echolokacji wytworzyła się naturalnie w drodze ewolucyjnej. Wysokość dźwięku. Ciała drgające wykonują więcej lub mniej drgań na sekundę, zależnie od rodzaju materiału i od wymiarów fizycznych. Struna (lub płytka) krótka i cienka (struny w skrzypcach, górne struny fortepianu, dzwonki itp.) wykonuje tysiące drgań na sekundę i wydaje dźwięk wysoki. Natomiast struna (lub płyta) gruba i długa (struny kontrabasu, basowe struny fortepianu itp.) wykazuje kilkadziesiąt drgań na sekundę, wydając dźwięk niski. A więc wysokość dźwięku zależna jest od ilości drgań na sekundę: im większa częstotliwość drgań, tym wyższy jest dźwięk i przeciwnie - im mniejsza częstotliwość drgań, tym dźwięk jest niższy. Dla przykładu podajemy częstotliwość drgań wszystkich dźwięków a na fortepianie, strojonych według obowiązującego obecnie stroju (a=440 drgań na sekundę): Mroczkowate (Vespertilionidae) – kosmopolityczna rodzina nietoperzy, bardzo szeroko rozprzestrzeniona na całym świecie. Występują na wszystkich kontynentach (oprócz Antarktydy). Charakteryzują się dość prymitywnym, niezredukowanym uzębieniem. Uszy mają dobrze rozwinięte, duże, a na nich błoniasty wyrostek, tzw. koziołek, prawdopodobnie usprawniający odbieranie wysyłanych przez nie ultradźwięków. Podczas lotu posługują się echolokacją. Na nosie brak brodawek. Ogon mają długi, prawie całkowicie objęty błoną lotną. Podczas snu zimowego mają skrzydła ułożone wzdłuż ciała. Odżywiają się owadami, niektóre większe gatunki także drobnymi kręgowcami.

    Chiropterologia – gałąź zoologii (teriologii) zajmująca się badaniem nietoperzy. Nazwa tej dziedziny wiedzy pochodzi od łacińskiej (acz greckiego pochodzenia) nazwy gatunkowej nietoperzy Chiroptera, co znaczy dosłownie rękoskrzydłe. Ze względu na unikatowy wśród ssaków tryb życia nietoperzy (zdolność do aktywnego lotu, jak również – u większości gatunków – ścisła zależność od dostępności kryjówek w ciągu dnia, przeważająco nocna aktywność oraz echolokacja) nauka ta posługuje się odmienną metodyką niż pozostałe gałęzie teriologii. Do specyficznych narzędzi badawczych należą detektory ultradźwięków oraz sieci do odłowów latających nietoperzy, podobne lub tożsame z sieciami ornitologicznymi. Chiropterologia zbliża się do ornitologii również metodami znakowania zwierząt będących obiektami jej badań, ponieważ nietoperze – podobnie jak ptaki – znakuje się metalowymi obrączkami. Oprócz typowych dla całej zoologii badań taksonomicznych czy populacyjnych, jak również związanych z preferencjami siedliskowymi poszczególnych gatunków, chiropterologia wytworzyła specyficzne dla siebie kierunki badań, np. wybiórczości kryjówek dziennych i zimowych, czy ekologii sensorycznej (sensory ecology) analizującej – często za pomocą skomplikowanych eksperymentów behawioralnych – percepcję zmysłową nietoperzy (wzrokową, słuchową, węchową) i adaptacje sygnałów echolokacyjnych do wykorzystywania różnych siedlisk i różnych typów ofiar. Tę ostatnią rozwijają szczególnie badacze niemieccy (Bjorn Siemers, Elizabeth Kalko). Rozwój chiropterologii jest powiązany z postępami w bioakustyce. Specyfiką chiropterologii jest zaangażowanie w badania naukowe, jak również monitoring i inwentaryzację nietoperzy dla potrzeb ochrony przyrody, dużej liczby przeszkolonych amatorów i organizacji pozarządowych, współpracujących z profesjonalnymi naukowcami zatrudnionymi w placówkach badawczych, bądź nawet realizujących własne projekty. Również ta cecha upodabnia silnie chiropterologię do ornitologii, w którą zaangażowane są tysiące obserwatorów-hobbystów. W Europie amatorzy uczestniczą zwłaszcza w monitoringu liczebności nietoperzy zimujących w kryjówkach podziemnych, wykorzystując fakt, że liczone zwierzęta przebywają wówczas w stanie hibernacji. Ultradźwięki – fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości, jednocześnie dolną granicę ultradźwięków, uważa się częstotliwość 20 kHz, choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Za umowną, górną, granicę ultradźwięków przyjmuje się częstotliwość 1 GHz. Zaczyna się od niej zakres hiperdźwięków Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz.

    Echolokacja – system określania położenia przeszkód lub poszukiwanych obiektów w otoczeniu z użyciem zjawiska echa akustycznego. Metoda stosowana przez niektóre zwierzęta (nietoperze, walenie, niektóre ryjówkowate, tenrekowate i ptaki) do nawigacji, wykrywania i chwytania zdobyczy oraz w komunikacji międzyosobniczej. Znane są również przypadki wykorzystania echolokacji przez ludzi, głównie niewidomych. Prekursorem ludzkiej echolokacji jest Daniel Kish, który uczy inne niewidome osoby tej techniki. Urządzenie stosujące echolokację w nawigacji morskiej to echosonda lub sonar. Termin echolokacja wprowadził w 1944 Donald Griffin, amerykański zoolog zajmujący się badaniem nietoperzy. Donald Redfield Griffin (ur. 3 sierpnia 1915 - zm. 7 listopada 2003) - amerykański profesor zoologii zajmujący się badaniem zachowania zwierząt, akustyczną orientacją oraz sensoryczną biofizyką. W 1938 roku ukończył Harvard University i rozpoczął studia nad metodą nawigacji nietoperzy, którą następnie nazwał echolokacją w 1944 roku. W jednej ze swoich publikacji ("Question of Animal Awareness") postawił tezę, według której zwierzęta posiadają taką samą świadomość umysłu jak ludzie.

    Ewolucja nietoperzy – badania genetyczne dowodzą, że nietoperze należą do kladu Laurasiatheria, który wyodrębnił się pod koniec późnej kredy na superkontynencie Laurazja. Najstarsze nietoperze znane są z wczesnego eocenu, są to jednak formy już dość silnie wyspecjalizowane i zbliżone do współczesnych. Dlatego uważa się, że muszą istnieć i formy starsze, choć dotychczas nieodkryte. Jednak badania genetyczne sugerują, że samo przejście od pierwotnych drobnych, czworonożnych, owadożernych laurazjaterów do wczesnoeoceńskich nietoperzy właściwych miało charakter bardzo szybki, być może skokowy. Próba Webera (ang. Weber test) – subiektywna metoda badania słuchu polegająca na przyłożeniu wprawionego w drgania stroika do czoła lub szczytu czaszki pacjenta. Zadaniem chorego jest określenie w którym uchu dźwięk słyszany jest głośniej. W przypadku zdrowych badanych dźwięk słyszany jest jednakowo w obu uszach. Badanemu z przewodzeniowym uszkodzeniem słuchu dźwięk wyda się głośniejszy w chorym uchu. Dzieje się tak ponieważ ucho to nie słyszy dźwięków otoczenia i może skupić się wyłącznie na odbiorze dźwięków przewodzonych drogą kostną. Taka sytuacja może być nawet uzyskana eksperymentalnie poprzez zatkanie jednego ucha palcem. Natomiast chory z odbiorczym uszkodzeniem słuchu będzie lepiej słyszał stroik w uchu zdrowym.

    Fon – jednostka poziomu głośności dźwięku. Poziom głośności dowolnego dźwięku w fonach jest liczbowo równy poziomowi natężenia (wyrażonego w decybelach) tonu o częstotliwości 1 kHz, którego głośność jest równa głośności tego dźwięku. Dźwięki o tej samej liczbie fonów wywołują to samo wrażenie głośności, ale nie muszą być to dźwięki identyczne w sensie barwy (np. o różnych częstotliwościach). W odróżnieniu od jednostki son, która jest jednostką liniową głośności, fony nie podlegają arytmetycznemu sumowaniu przy obliczaniu całkowitego poziomu głośności kilku jednoczesnych dźwięków.

    Dodano: 05.10.2011. 11:49  


    Najnowsze