A kígyók képesek egyenes vonalban kúszni.
A Cincinnati Egyetem biológusa, Bruce Jayne tanulmányozta a kígyók mozgásának mechanikáját, hogy pontosan megértse, hogyan tudnak vonat módjára előre kúszni egy alagútban.
“Ez egy nagyon jó módja a szűk helyeken való mozgásnak” – mondta Jayne. “Sok nehéz testű kígyó használja ezt a mozgást: viperák, boa constrictorok, anakondák és pitonok.”
A tanulmánya “Crawling without Wiggling” címmel decemberben jelent meg a Journal of Experimental Biology című folyóiratban.”
A kígyók általában úgy úsznak, másznak vagy kúsznak, hogy gerincüket kígyószerű tekercsekbe hajlítják, vagy a vezető éleiket használják a tárgyak ellökésére. Mozgásuk sokszínűségének egy szélsőséges példája adja az oldaltekercselő csörgőkígyó nevét.
Jayne, az UC McMicken College of Arts & Sciences biológiai tudományok professzora már feltárta a kígyók háromféle, harmonika, szerpentin és oldaltekercselő mozgásának mechanikáját. A kígyók egyenes vonalú mozgása, az úgynevezett “egyenes vonalú mozgás” azonban kevesebb figyelmet kapott, mondta.
Az izomtevékenység és a bőrmozgás összehangolását először 1950-ben H. W. Lissmann biológus vizsgálta. Feltételezte, hogy a kígyó izmai a laza, rugalmas és nyúlós hasi bőrrel kombinálva lehetővé teszik a kígyó számára, hogy a gerincének meghajlítása nélkül robogjon előre.
“Csaknem 70 éve nem értjük jól ezt a fajta mozgást” – mondta Jayne.”
Jayne és végzős diákja és társszerzője, Steven Newman az 1950-es években a kutatók számára elérhetetlen eszközökkel tesztelte Lissmann hipotézisét. Jayne nagy felbontású digitális kamerákkal filmezte a boa constrictorokat, miközben rögzítette az egyes izmok által generált elektromos impulzusokat. Ezáltal egy elektromiogram (EKG-hoz hasonló) készült, amely megmutatta az izmok, a kígyó bőre és teste közötti koordinációt.
A vizsgálathoz Newman és Jayne boa constrictorokat használt, nagy testű kígyókat, amelyek arról ismertek, hogy egyenes vonalban haladnak az erdő talaján. Nagyfelbontású videót rögzítettek a kígyókról, amint egy vízszintes, referenciajelekkel hasított felületen mozognak. A kutatók referenciapontokat is elhelyeztek a kígyók oldalán, hogy nyomon követhessék pikkelyes bőrük finom mozgását.
Amikor a kígyó előrefelé lép, a hasán lévő bőr sokkal jobban meghajlik, mint a bordáin és a hátán lévő bőr. A hasi pikkelyek úgy viselkednek, mint a gumiabroncsok futófelületei, és biztosítják a talajhoz való tapadást, miközben az izmok a kígyó belső csontvázát hullámzó mintázatban húzzák előre, ami a gyors mozgás során folyékony és zökkenőmentes lesz.
A kígyó izmai a fejétől a farka felé haladva egymás után aktiválódnak, figyelemre méltóan folyékony és zökkenőmentes módon. Az ezért felelős kulcsizmok közül kettő a bordáktól (costo) a bőrig (cutan) terjed, ezért kapták a costocutan nevet.
“A gerincoszlop állandó sebességgel mozog előre” – mondta Newman. “Az izmok egy csoportja húzza előre a bőrt, majd rögzül a helyén. Az ellentétes irányú antagonista izmok pedig a gerincoszlopot húzzák.”
Az ilyen mozgás előnye nyilvánvaló egy olyan ragadozó számára, amely rágcsálókat és más, a föld alatt tartózkodó állatokat eszik.”
“A kígyók a földbe ásó ősökből fejlődtek ki. Ilyen mozgással sokkal szűkebb lyukakba vagy alagutakba férnek be, mintha a testüket be kellene hajlítaniuk és nekinyomni valaminek” – mondta Newman.”
A tanulmányt részben a Nemzeti Tudományos Alapítvány ösztöndíja támogatta.”
Jayne szerint Lissmann 1950-es leírása nagyrészt helyes volt.
“De ő azt feltételezte, hogy a bőrt megrövidítő izom az a mechanizmus, amely a kígyót előre hajtja. Ebben tévedett” – mondta Jayne. “De figyelembe véve azt az időt, amikor a tanulmányt végezte, csodálkozom, hogy képes volt rá. Hatalmas csodálatot érzek a meglátásai iránt.”
A ipar megpróbálta utánozni a kígyók végtag nélküli, kígyózó mozgását a csővezetékeket és más víz alatti berendezéseket vizsgáló robotokban. Newman szerint a kígyók egyenes vonalú mozgását hasznosítani képes robotoknak mélyreható alkalmazásai lehetnek.
“Ez a kutatás informálhatja a robotikát. Nagy előny lenne, ha kis, szűk helyeken egyenes vonalban tudnának mozogni. Használhatnának kígyószerű robotokat a törmelékekben és összeomlott épületekben történő kereséshez és mentéshez” – mondta Newman.”
A derékszögű mozgás alacsony sebességű a kígyók számára, amelyek egyébként meglepő sebességet képesek megidézni. Csak akkor használják, amikor nyugalmi állapotban vannak. A kutatók megfigyelték, hogy a kígyók visszatértek a hagyományos harmonika- és kígyómozgásokhoz, amikor megriadtak vagy mozgásra ösztökélték őket.”
A lelkes kerékpáros, Jayne Rieveschl laboratóriumában a kerékpározás fiziológiáját és biomechanikáját tanulmányozta. Folyamatosan tanulmányozza a kerékpárosok szív- és érrendszeri alkalmasságát. Testsúlykilogrammonként egy perc alatt méri az oxigénfogyasztásukat, hogy többet tudjon meg arról, hogyan növelhetik a kerékpárosok izmaik laktázégető képességét.
De a legjobban mindig is a kígyók nyűgözték le. Munkája több mint 70 folyóiratcikkben jelent meg, amelyek többsége a kígyók viselkedésének vagy biológiájának valamely aspektusát vizsgálja. Legutóbb Jayne a kígyók mozgását tanulmányozta, különösen egyes kígyók elképesztő képességét a fára mászásra.
Jayne gerinces zoológiát és emberi fiziológiát és biomechanikát tanít az UC-n.
Jayne egész életében a kígyók iránti érdeklődésének köszönhetően a tudomány számos, korábban nem dokumentált viselkedésmódba nyert éles betekintést. Malajziában rákevő kígyókat tanulmányozott, és az UC-n saját rögtönzött optikai laboratóriumában a kígyók látásélességét teszteli.
A mozgásképesség határait vizsgálva Jayne többet tudhat meg a kígyók összetett motoros vezérléséről. Ez fényt deríthet arra, hogy az ember hogyan képes koordinált mozgásokat végrehajtani.
“Ami lehetővé teszi számukra, hogy mindezekbe a különböző irányokba menjenek, és megbirkózzanak ezzel a háromdimenziós komplexitással, az az izmok idegi irányításának sokfélesége vagy plaszticitása” – mondta Jayne. “Még ha az állatnak meg is lenne a fizikai ereje valaminek a megtételéhez, nem feltétlenül rendelkezne az idegi irányítással.”
Jayne többet szeretne megtudni arról, hogy ez a kifinomult motoros irányítás hogyan járul hozzá a kígyók elképesztő mozgásához.
“Olyan sok lenyűgöző módon mozognak. Vajon ez azért van, mert olyan hihetetlenül sokféle motoros mintát képes létrehozni az idegrendszerük?” – mondta.”
“Bár minden kígyónak ugyanaz a testfelépítése, vannak teljesen vízi kígyók, sík felületeken mozgó kígyók, vízszintes síkban mozgó kígyók, mászó kígyók. Mindenhová eljutnak” – mondta. “És azért tudnak mindenhová menni, mert nagyon sokféle módon tudják irányítani az izmaikat. Ez elég érdekes.”
A kígyók mozgásának négy típusa:
Kígyószerű: Más néven oldalirányú hullámzás, ez az a tipikus oldalirányú mozgás, amelyet a kígyók durva talajon vagy a vízben használnak.
Koncertina: A kígyók váltakozó ívekbe tekerik magukat, mielőtt kiegyenesednek, hogy előre lendüljenek.
Az oldaltekerés: A kígyók mind oldalirányban, mind függőleges síkban hullámokban kanyarodnak, hogy a testüket felemelve csak néhány érintkezési pontot képezzenek a talajjal. Ez segíti a csörgőkígyókat a forró homokon való átkelésben vagy a dűnék megmászásában.
Rektilineáris: Speciális izmok mozgatják a kígyó hasi bőrét, egyenes vonalban előre hajtva azt. Ez teszi lehetővé, hogy a kígyók átcsússzanak a náluk nem sokkal nagyobb üregeken.