As cobras podem rastejar em linha reta.
Universidade do biólogo de Cincinnati Bruce Jayne estudou a mecânica do movimento da cobra para entender exatamente como elas podem se impulsionar para frente como um trem através de um túnel.
“É uma maneira muito boa de se mover em espaços confinados”, disse Jayne. “Muitas cobras de corpo pesado usam esta locomoção: víboras, jiboas, anacondas e pitões”
O seu estudo intitulado “Crawling without Wiggling” foi publicado em dezembro no Journal of Experimental Biology.
As cobras tipicamente nadam, sobem ou rastejam dobrando a coluna vertebral em bobinas de serpentina ou usando as bordas dianteiras para empurrar objetos. Um exemplo extremo da sua diversidade de movimentos dá o nome à cascavel de serpente lateral.
Jayne, professor de ciências biológicas na Faculdade de Artes McMicken da UC & Sciences, já desbloqueou a mecânica de três tipos de locomoção da serpente chamada concertina, serpentina e sidewinding. Mas o movimento direto das serpentes, chamado “locomoção rectilínea”, recebeu menos atenção, disse ele.
Esta coordenação da atividade muscular e do movimento da pele foi examinada pela primeira vez em 1950 pelo biólogo H.W. Lissmann. Ele formulou a hipótese de que os músculos da cobra combinados com sua pele frouxa, flexível e mole, permitiam que ela se movimentasse para frente sem dobrar a coluna.
“Já se passaram quase 70 anos sem que esse tipo de locomoção fosse bem compreendido”, disse Jayne.
Jayne e seu aluno de pós-graduação e co-autor, Steven Newman, testaram a hipótese de Lissmann usando equipamentos indisponíveis aos pesquisadores nos anos 50. Jayne usou câmeras digitais de alta definição para filmar jiboas enquanto registrava os impulsos elétricos gerados por determinados músculos. Isto produziu um eletromiograma (semelhante a um eletrocardiograma) que mostrou a coordenação entre os músculos, a pele da cobra e seu corpo.
Para o estudo, Newman e Jayne usaram jibóias, cobras de corpo grande conhecidas por viajarem em linha reta sobre o chão da floresta. Eles gravaram vídeo de alta definição das serpentes movendo-se através de uma superfície horizontal hashed com marcas de referência. Os pesquisadores também adicionaram pontos de referência nos lados das serpentes para rastrear o movimento sutil de sua pele escamosa.
Quando a serpente centímetros para frente, a pele na barriga flexiona muito mais do que a pele sobre sua caixa torácica e para trás. As escamas da barriga agem como marcas de pneus, proporcionando tracção com o solo à medida que os músculos puxam o esqueleto interno da serpente para a frente num padrão ondulado que se torna fluido e sem costura quando se movem rapidamente.
Os músculos da serpente são activados sequencialmente da cabeça em direcção à cauda de uma forma notavelmente fluida e sem costura. Dois dos principais músculos responsáveis por isso se estendem das costelas (costo) até a pele (cutânea) dando-lhes o nome costocutânea.
“A coluna vertebral avança a um ritmo constante”, disse Newman. “Um conjunto de músculos puxa a pele para a frente e então ela fica ancorada no lugar. E músculos antagónicos opostos puxam a coluna vertebral”
“A vantagem deste tipo de movimento é óbvia para um predador que come roedores e outros animais que passam tempo no subsolo.
“As cobras evoluíram de ancestrais escavadores. Você pode caber em buracos ou túneis muito mais estreitos movendo-se desta maneira do que se você tivesse que dobrar seu corpo e empurrar contra algo”, disse Newman.
O estudo foi apoiado em parte por um subsídio da National Science Foundation.
Jayne disse que a descrição de Lissmann de 1950 estava em grande parte correta.
“Mas ele levantou a hipótese de que o músculo que encurta a pele é o mecanismo que impulsiona uma cobra para a frente. Ele entendeu isso errado”, disse Jayne. “Mas dado o tempo que ele conduziu o estudo, eu me pergunto como ele foi capaz de fazer isso. Tenho uma tremenda admiração por seus insights”
A indústria tem tentado imitar os movimentos das serpentes sem cal, serpentinas em robôs que podem inspecionar dutos e outros equipamentos subaquáticos. Newman disse que robôs que podem aproveitar o movimento rectilíneo de uma cobra podem ter aplicações profundas.
“Esta pesquisa pode informar a robótica. Seria uma grande vantagem poder mover-se em linhas rectas em espaços pequenos e confinados. Eles poderiam usar robôs semelhantes a cobras para busca e salvamento em destroços e edifícios desmoronados”, disse Newman.
A locomoção retilínea é uma engrenagem baixa para cobras que, de outra forma, podem invocar uma velocidade surpreendente. Elas só a usam quando estão relaxadas. Os pesquisadores observaram que as serpentes reverteram para os movimentos tradicionais de concertina e serpentina quando foram assustadas ou pressionadas a se mover.
Um ciclista ávido, Jayne estudou a fisiologia e biomecânica do ciclismo em um laboratório em Rieveschl. Ele tem estudos contínuos sobre a aptidão cardiovascular dos ciclistas. Ele mede seu consumo de oxigênio em um minuto por quilograma de peso corporal para aprender mais sobre como os ciclistas podem aumentar a capacidade dos músculos de queimar lactase.
Mas ele sempre foi mais fascinado por cobras. Seu trabalho já foi publicado em mais de 70 artigos de periódicos, a maioria deles examinando algum aspecto do comportamento das serpentes ou da biologia. Mais recentemente, Jayne estudou a locomoção das serpentes, particularmente a incrível habilidade de alguns em escalar árvores.
Jayne ensina zoologia de vertebrados e fisiologia humana e biomecânica na UC.
O interesse de Jayne pelas serpentes ao longo da vida deu à ciência uma visão aguçada de muitos comportamentos não documentados anteriormente. Ele estudou serpentes comedoras de caranguejo na Malásia e está testando a acuidade da visão da serpente em seu próprio laboratório óptico improvisado na UC.
Ao testar os limites de sua mobilidade, Jayne pode aprender mais sobre os complexos controles motores da serpente. Isso pode lançar luz sobre como os humanos podem executar movimentos coordenados.
“O que lhes permite ir em todas essas diferentes direções e lidar com toda essa complexidade tridimensional é que eles têm uma diversidade ou plasticidade de controle neural dos músculos”, disse Jayne. “Mesmo que o animal tivesse força física para fazer algo, ele não teria necessariamente o controle neural”
Jayne quer aprender mais sobre como esse controle motor refinado contribui para as incríveis contorções de uma cobra.
“Eles se movem de tantas maneiras fascinantes. É por terem uma diversidade tão incrível de padrões motores que o sistema nervoso pode gerar?” disse ele.
“Mesmo que todas as cobras tenham o mesmo plano corporal, há cobras totalmente aquáticas, cobras que se movem em superfícies planas, cobras que se movem em plano horizontal, cobras que sobem. Elas vão para todos os lugares”, disse ele. “E a razão pela qual elas podem ir a todos os lugares é que elas têm tantas maneiras diferentes de controlar seus músculos”. Isso é bastante intrigante.”
Quatro Tipos de Movimento das Serpentes:
Serpentina: Também chamado de ondulação lateral, este é o típico movimento side-to-side usado pelas cobras sobre o solo áspero ou na água.
Concertina: As cobras enrolam-se em curvas alternadas antes de se endireitarem para se impulsionarem para a frente.
Sidewinding: As cobras dobram-se em ondas de um lado para o outro e num plano vertical para levantar o corpo e formar apenas alguns pontos de contacto com o solo. Isto ajuda as cascavéis a atravessar areia quente ou a subir as dunas.
Rectilinear: Músculos especializados movem a pele da barriga de uma cobra, impulsionando-a para a frente em linha recta. Isto permite que as cobras deslizem através de tocas não muito maiores do que elas são.