Что дает силу муравью

Почему муравей такой сильный?

Наблюдая за муравьями в течение времени, вы станете свидетелями замечательных подвигов силы.

Крошечные муравьи, марширующие в ряд, могут тащить в свои колонии пищу, песчинки и даже мелкие камешки, которые во много раз больше их самих.

И это не иллюзия – исследования показывают, что муравьи могут поднимать предметы, которые весят в 50 раз больше их собственного веса тела.

Как такое может быть?

Ответ на вопрос, почему муравьи – или любое насекомое, если на то пошло, настолько сильны, заключается в его уменьшительных размерах. Это физика, простая и ясная.

Физика силы тела

Чтобы понять огромную физическую силу муравья, вам нужно сначала понять несколько основных физических принципов того, как связаны размер, масса и сила:

• Сила мышцы пропорциональна площади ее поперечного сечения.
• Таким образом, площадь поверхности представляет собой двумерное измерение и измеряется в соответствии с квадратом ее длины.
• С другой стороны, размер и масса животного определяются объемом. Объем представляет собой трехмерное измерение и рассчитывается путем умножения трех измерений.

Ключ здесь в том, чтобы признать, что вес животного связан с его объемом, который является трехмерным измерением, полученным путем вычисления кубического измерения.

Но, с другой стороны, сила мышцы – это двумерное измерение, достигаемое умножением только двух чисел, длины на ширину. Несоответствие здесь – это то, что создает разницу в относительной силе между большими и маленькими животными.

У более крупных животных гораздо больший объем и масса означают, что мышечная сила должна быть намного больше, чтобы поддерживать тот же уровень силы относительно массы тела. Мышцы также несут дополнительное бремя перемещения большего объема и массы тела вместе с любым поднимаемым объектом.

Крошечный муравей или другое насекомое имеет преимущество в силе из-за большего отношения площади поверхности к объему и массе. Мышцы муравья имеют довольно небольшую нагрузку, необходимую для подъема собственного тела, оставляя много мышечной силы для перемещения других объектов.

К этому добавляется тот факт, что тело насекомого по своей сути является легким относительно его объема по сравнению с другими животными. Структурно насекомые не имеют внутренних скелетов, как позвоночные животные, но вместо этого имеют твердую оболочку экзоскелета. Без веса внутренних костей, насекомое может содержать большее количество мышц.

Муравей не чемпион по тяжелой атлетике

Муравьи – это насекомые, которых мы чаще всего наблюдаем, поднимая тяжелые предметы, но они далеко не самые сильные члены мира насекомых. Известно, что навозный жук (Onthophagus taurus) поднимает грузы, в 1,141 раза превышающие его собственный вес – груз, эквивалентный человеку, поднимающему около 80 000 кг.

Источник

Сила муравья или уникальная грузоподъемность

Муравьи – древние и многочисленные обитатели Земли. Об их трудолюбии, выносливости и мощи сложены сказки и легенды.

Физические возможности этих насекомых, живущих сложной общественной жизнью, являются предметом пристального изучения ученых-энтомологов.

Сколько весит муравей?

Масса муравья зависит от видовой принадлежности:

• Самые мелкие из известных на Земле – домовые, или фараоновы муравьи. Их вес 1-2 мг.
• Наиболее распространенные – формицины – черные или рыжие лесные муравьи. Они обитают по всей планете, вес среднего насекомого – 6-7 мг.
• Африканский бродячий муравей сиафу– настоящий гигант в мире муравьев. Вес его достигает 90 мг.

На заметку! Вес королевы южноамериканского муравья-пули равняется рекордным 10 г и составляет вес 500 средних рабочих особей. Хотя это скорее исключение из правила. У прыгающих муравьев матка и рабочие особи обладают абсолютно одинаковым весом.

Известно, что масса муравьев составляет 1% от массы всех насекомых на Земле. До 90-х годов XX века считалось, что вес муравьев на планете сопоставим с весом людей. Однако недавние исследования доказали неправомерность этого вывода для человечества.

Население Земли на сегодняшний день составляет 7,2 млрд чел., а предположительный суммарный вес (с учетом возрастающей склонности к ожирению) 332 млрд. кг. Если предположить, что количество муравьев – 10 тыс. трлн особей, их гипотетический вес будет равен лишь 40 млрд кг.

Однако исследования были не напрасны. Ученые сделали ошеломительный вывод: до конца XVIII века биомасса муравьев действительно равнялась массе людей на Земле. Однако с открытием Америки человечество стало заселять все большие территории и активно увеличиваться. С этого времени муравьи по этому показателю остались далеко позади.

Однако можно с точностью утверждать, что на каждого «Хомо сапиенс» планеты приходится 10 млн. муравьев.

Муравьиная грузоподъемность

Ученые исследуют муравьев давно. Исследования постоянно дают новую информацию о жизни этих уникальных насекомых. Какой вес может поднять муравей – один из вопросов, который больше всего интересовал ученых. Еще в середине XX века считалось, что муравей может поднять вес, превышающий собственный в 10 раз – довольно много для крошечного создания.

Опыты проводились на разных видах муравьев. Так выяснилось, что муравей-листорез поднимает вес больше его собственного в 50 раз.

На заметку! Муравей-листорез назван так за свою способность одним точным движением челюстей перерезать листовую пластину или травинку. Траву они несут в муравейник, где ее пережевывают и используют как субстрат для выращивания грибов, которые употребляют в пищу. Биомасса особей одного муравейника равняется биомассе средней коровы.

В 2010 г. английские ученые задокументировали жизнь колонии азиатских муравьев-портных и смогли сделать фотографию, показывающую, что рабочий муравей поднимает груз больше всего веса в 100 раз.

Если бы человек обладал такой грузоподъемностью, он смог бы поднять вес, равный 4-5 тоннам.

На заметку! Ученые посчитали, что поднять человека смогут 1 млн особей, а кружку пива – 10 тыс. крошечных насекомых.

Почему муравьи такие сильные?

Закон живой природы гласит: относительная мышечная сила у животных тем выше, чем меньше размер тела.

Это означает, что у маленьких существ процент мышечной массы, приходящейся на килограмм веса, гораздо больше, чем у крупных представителей мира животных. Соответственно сила и грузоподъемность муравья больше, чем, например, у сухопутного гиганта – слона.

Японские и французские ученые в ходе совместных экспериментов сделали массу рентгеновских снимков и создали трехмерную модель мышц муравьев для наглядной демонстрации и изучения их силы. Строение грудных мышц муравья, крепление мускулатуры к экзоскелету (твердому хитиновому покрову) и геометрия мышц шеи позволяют муравью поднимать груз, невероятный для их массы. А ученым, наконец, удалось выяснить, сколько же тяжестей может поднять муравей.

Перестройка мышц груди у рабочих особей муравьев напрямую связана с потерей крыльев в процессе эволюции.

Справедливости ради стоит отметить, что самая сильная часть тела муравья, вне зависимости от его вида – это верхние челюсти. У муравьев, как у многих разновидностей членистоногих, две пары челюстей. Нижние служат для пережевывания пищи. А верхние – жвалы, или мандибулы – используются как оружие и инструмент для работы. Именно с помощью челюстей муравей может в мгновение ока отрезать голову противнику, рыть землю, разделить добычу на части. Также челюсти используются для подхватывания и перетаскивания маленькими носильщиками грузов.

Что еще могут?

Муравьиная колония – удивительное высокоорганизованное сообщество. Насекомые никогда не совершают лишних, хаотичных действий, их деятельность всегда целесообразна.

Мосты из насекомых

«Живые» мосты, которые сооружают африканские муравьи-кочевники из собственных тел, поражают воображение. Когда колония особей перемещается, они стараются пройти максимально коротким и удобным путем. Если на пути встречается водная преграда, насекомым приходится преодолевать ее. Муравьи сцепляются конечностями и усиками, образуя прочную арку. Как показали исследования, в строительстве моста участвуют 20% от количества муравьев в колонии. Остальные продолжают заниматься своими делами – обеспечивать охрану и добывать пропитание.

Интересен способ, каким муравьи образуют таком мост. Идущий впереди муравей застывает, идущий вслед за ним взбирается по спине. И таким образом, последовательно, муравьи передвигаются друг за другом, пока не будет выстроен путь достаточной длины, чтобы достичь противоположного берега. Муравьи будут стоять неподвижно, пока чувствуют, что по спине идут «товарищи».В процессе движения мост может менять конфигурацию, достраиваться. По мосту перемещаются самка-королева, рабочие, несущие будущее потомство и остальные особи.

Волочение по земле

Еще одна уникальная способность муравьев – перемещать «грузы». Если насекомое не в состоянии нести добычу, например, еще живую гусеницу, то он может ее тащить за собой по земле, буквально волочить. Вес, который при этом перемещает маленький носильщик, превышает его собственный в 30 раз.

Часто муравьи переносят большие грузы сообща. Группа численностью до 15 особей действует при этом весьма слаженно. Один муравей берет на себя функцию руководителя, остальные покорно следуют в заданном направлении. Периодически один из «грузчиков» становится разведчиком, отбегает от группы на значительное расстояние. Затем возвращается к своей команде и становится вожаком, поскольку точно знает, куда нужно двигаться.

Заключение

Муравьев можно встретить в любой точке земного шара. Ученые исследуют строение тела насекомого, обеспечивающее ему такую силу и выносливость. Полученный материал позволяет создавать модели роботов, способных поднимать и перемещать тяжелые грузы, подобно трудягам-муравьям.

Источник

Ученые выяснили, почему муравьи такие сильные

Сила муравьев связана с их потерей способности летать. Такое открытие сделала группа ученых из Франции и Японии, изучив рентгеновские снимки грудного отдела тела насекомых, их мышцы и внутренний скелет.

Работу исследователей опубликовал журнал Frontiers in Zoology и официальный сайт Окинавского института науки и технологий Университета аспирантуры (OIST).

Так, ученые из названного университета, а также Университета Сорбонны, Франция, проанализировали, как строение мышц и грудного отдела муравьев влияет на их способность перетаскивать тяжести.

Рабочие муравьи, как известно, произошли от летающих насекомых. Способность к полету означает определенные ограничения для организма. К примеру, у летающих насекомых мышцы крыльев занимают достаточно большую часть грудного отдела – иногда более половины площади. По этой причине другие мышцы получают меньше места.

Лишение способности к полету дает потенциал для других мышц. Этот факт натолкнул исследователей на мысль о том, что рабочие муравьи стали сильными в «обмен» на потерю способности летать.

Ученые проанализировали все подробности строения грудного отдела данных бескрылых рабочих особей и королев двух видов муравьев. Компьютерная томография последних позволила создать 3D-модели грудных клеток насекомых.

В результате гипотеза подтвердилась: муравьи получили свою силу из-за того, что потеряли способность к полету. Их мышцы увеличились в объеме, изменилась также геометрия мышц шеи и крепление мышц.

Источник

Почему муравьи — одни из самых сильных насекомых в мире?

Муравьи считаются одними из самых успешных созданий на нашей планете. Ведь какой еще вид живых существ может похвастаться тем, что они есть практически в каждом регионе? В мире насчитывается около 14 000 разновидностей муравьев и их можно встретить как во влажных лесах, так и в пустынях. Обычно ученые изучают только образ жизни этих крошечных созданий. В частности, их интересует муравьиная способность работать в команде. И очень редко исследователи интересуются строением их тела. А ведь если бы они провели тщательные исследования, то нам стало бы ясно, почему муравьи способны поднимать груз, который тяжелее их самих в 50 раз. Недавно изучением строения тела муравьев занялись японские ученые. Как и ожидалось, в ходе научной работы они смогли объяснить рекордную силу крошечных насекомых. Если коротко, то они так сильны, потому что не умеют летать.

Муравьи не только умеют работать сообща, но и обладают удивительной силой

Насколько сильны муравьи?

Секрет удивительной физической силы муравьев был раскрыт в научном журнале Frontiers in Zoology. Ученые считают, что успешность муравьев заключается не только в том, что они умеют работать в команде. Вдобавок к этому, они являются отличными строителями. При сооружении муравейников насекомым приходится перетаскивать на себе тяжелые для них ветки деревьев и другие строительные материалы. Учитывая, что масса тела одного муравья равняется 1-150 миллиграммам а ветки весят в десятки раз больше, физические возможности насекомых удивляют.

Муравьи без крыльев называются рабочими, а с крыльями — королевами

В ходе научной работы исследователи сделали рентгеновские снимки и создали трехмерные модели грудной клетки разных видов муравьев. Если вы посмотрите на фотографию муравья, заметите, что его тело состоит из трех частей. Грудная клетка — это часть, которая идет сразу же после головы. В ходе изучения строения этого сегмента тела выяснилось, что в отличие от других насекомых, в организмах муравьев есть больше места для мышц. Это обусловлено тем, что у них нет крыльев. Важно отметить, что хорошей мускулатурой обладают только рабочие муравьи. Особи с крыльями едва ли могут помериться с ними силами и выиграть.

Тело муравьев состоит из трех частей

О самых сильных животных нашей планеты можно почитать в этом материале

Предки муравьев

По словам японского исследователя Эвана Экономо (Evan Economo), рабочие муравьи произошли от летающих насекомых. У их предков было сложное строение тела. В частности, 50% объема их грудной клетки занимали мышцы, необходимые для движения крыльев. Из-за этого другие группы мышц, необходимые для движений головы, ног, живота и других частей тела, были прижаты к стенкам тела и не могли работать в полную силу.

Благодаря командной работе и силе муравьи способны строить очень высокие сооружения

Но в ходе эволюции некоторые виды насекомых лишились крыльев и возникли рабочие муравьи. Пространство внутри их грудной клетки стало более открытым и находящиеся внутри мышцы смогли в полной мере расшириться и раскрыли весь свой потенциал. Сканирование тела муравьев показало, что внутри их грудной клетки есть три группы мышц. По словам автора научной работы Кристиана Петерса (Christian Peeters), они расположены в небольшом пространстве в идеальном соотношении. В ходе эволюции они явно увеличились в объеме и позволили насекомым поднимать большие грузы.

Бескрылые осы отдаленно напоминабт муравьев

Во время исследования ученые также изучили строение тела бескрылых ос, у которых тоже были крылатые предки. Но на потерю возможности летать они отреагировали иначе. В то время как муравьи живут группами, осы предпочитают жить в одиночестве. При этом они не могут похвастаться такой же физической силой, как у муравьев. С чем это связано, ученым пока не ясно. Есть большая вероятность, что у муравьев хорошо развиты не только мышцы внутри грудного отдела. В ходе следующих научных работ ученые намерены изучить строение остальных сегментов их тела. Особое внимание они хотят уделить конструкции их челюсти и ног. В общем, изучение муравьев идет полным ходом и скоро мы узнаем о них еще больше интересных подробностей.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!

На тему муравьев у меня есть еще одна статья. В ней я рассказал о муравьях-бульдогах (Myrmecia pilosula), которые считаются самыми опасными на нашей планете. Их укусы очень болезненны, а когда они нападают на животных, пускают в их кровь ядовитые вещества. Если верить статистике, в Тасмании от укусов этих муравьев ежегодно погибает больше людей, чем от нападений пауков и змей. В общем, это удивительные создания и материал о них я рекомендую прочитать прямо сейчас.

Источник