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
Самое сильное животное на Земле может поднимать удивительные веса
Штангисты поднимают внушительные веса, но в природе есть и другие животные, способные заткнуть штангистов за пояс. Пол Андерсон, возможно, был одним из сильнейших мужчин, живших на Земле. Он мог нести на горбу восемь человек или вбить гвоздь через две доски одним ударом. В 1957 году Андерсон, как говорят, поднял 2,8 тонны на спине. Это временно принесло ему мировой рекорд, но впоследствии запись удалили из-за отсутствия подтверждающих доказательств.
Муравей способен поднять вес гораздо больший, чем свой. Но это не единственный силач
Никто и никогда, хоть и подбирался близко, не смог превзойти подвиг Андерсона. По крайней мере человек. Но в природе есть существа, способные на изумительные подвиги силы.
Лошадиные силы
Долгое время люди использовали вьючных животных для перевозки грузов. На западе вьючных лошадей использовали еще с каменного века, чтобы перевозить тяжелые грузы по пересеченной местности.
И хотя исследование 2008 года предположило, что легкие лошади должны нести не более 20% от веса своего тела, их более тяжелые аналоги специально выводились для силы.
Селективно разводя больших животных, люди создали таких гигантов, как лошади Шайр и Клайдсдейл. Эти тяжелые лошади известны как «тяжеловозы» из-за своей тяговой силы. Они помогали людям протискиваться через промышленную революцию, сначала толкая тележки и вагонетки, а затем баржи и вагоны с материалом для железных дорог.
На самом деле, когда появились первые паровые двигатели, они были сопоставимы по силе с тяговыми лошадями.
Силе лошадей можно позавидовать
Шотландский инженер Джеймс Ватт разработал понятие лошадиной силы на основе эксперимента с участием лошадей, работающих на мельничном камне на пивоваренном заводе. Он посчитал, что одна лошадь может поднимать 15 тонн на высоту одного фута (примерно 30 см) в течение одной минуты. Иногда это рассматривается как переоценка силы обычной лошади-тяжеловоза, но исследование 1993 года пришло к выводу, что Ватт был практически прав. В любом случае его измерение приняли, и оно до сих пор используется для учета силы двигателя.
Тягловые лошади кое-где еще используются, в традиционных пивоварнях, например, и для привлечения туристов. Еще их использовали для лесничества, поскольку они вносят меньше тревоги в окружающую среду, чем тяжелая техника.
«У лошадей-шайр такой же опорно-двигательный аппарат, как и у других лошадей», говорит Анжела Уайтуэй из Shire Horse Society в Маркет Харборо, Великобритания. «Тем не менее считается, что тесно расположенные задние ноги позволяют им более эффективно использовать мощь, чем лошадям, ноги которых расставлены широко».
Уайтуэй говорит, что принято считать, что рабочие шайры могут комфортно тянуть в два раза больше своего веса. То есть лошадь весом в одну тонну может тянуть две тонны веса. Это впечатляет, но есть и другие животные, способные даже на большее.
Самое сильное животное
На востоке азиатские слоны использовались для перевозки людей и товаров на протяжении тысяч лет. Исторически они были главной особенностью лесозаготовительной способностью, поскольку могли тянуть тяжелые бревна через трудный ландшафт джунглей. По данным Продовольственного и сельскохозяйственного ведомства ООН, слон на Шри-Ланке обычно перевозит 3-4 тонны в день.
Слоны невероятно умные животные, способные к состраданию и взаимовыручке. Но и сильные
Джон Хатчинсон из Королевского ветеринарного колледжа в Лондоне, Великобритания, изучал передвижение азиатских слонов. Он относит их силу к нескольким особенностям.
В то время как скелеты многих млекопитающих составляют около 10% от их массы тела, у слонов эта цифра ближе к 20%, что дает им более прочную раму. Хатчинсон также говорит, что их ровные конечности позволяют им противостоять направленной вниз силе тяжести лучше и держать их собственную массу плюс любую нагрузку.
И есть замечательный хобот. Он не содержит костей или хрящей, только 150 000 пучков мышечных волокон. Этот многофункциональный придаток позволяет слонам общаться на огромные расстояния, поднимать отдельные веточки, укреплять социальные связи — и поднимать значительные веса.
Как и в случае с нашими собственными рекордами, максимальный подъемный вес слона неизвестен. Слон может поднять до 300 килограммов только своим хоботом. Африканские слоны могут весить на тонну больше своих азиатских сородичей, поэтому вполне могут быть еще сильнее.
С точки зрения чистого тоннажа, слоны вполне могут быть самыми сильными из живущих животных. Но, конечно, они довольно большие сами по себе. И значит, самые сильные животные должны быть и самыми маленькими.
Почему муравьи такие сильные?
Муравьи известны своими пауэрлифтерскими способностями в животном мире. Их сила разнится от вида к виду, но некоторые муравьи способны поднимать вес, в 10-50 раз превышающий их собственный.
В 2010 году азиатский муравей-портной (Oecophylla smaragdina) был заснят во время подъема веса, в 100 раз превышающего собственный вес муравья, исследователями Кембриджского университета.
На фото рабочий муравей-альтруист
При подъеме тяжестей люди полагаются на мышцы спины, а слоны используют свои хоботы. Муравьи же поднимают тяжести при помощи своих мощных челюстей. Муравьи Ondontomachus имеют такие мощные мышцы в своих челюстях, что если упрутся мандибулами в землю и зацепятся за нее, то смогут выбросить себя в воздух.
Самые сильные жуки
Есть и другая группа насекомых с талантом поднимать тяжести: жуки.
От насекомого, названного в честь древнего полубога Геракла, можно ожидать серьезной силы. Но старая сказка, что жук-геркулес (Dynastes hercules) может поднимать в 850 раз больше веса своего тела, такая же необоснованная, как и рекорд Пола Андерсона.
Жуки-геркулесы принадлежат к группе жуков-носорогов. Эксперт в области передвижения насекомых Роджер Крам из Университета Колорадо в Боулдере, преисполнившись решимости узнать правду, подверг жуков-носорогов испытаниям. И выяснил, что они могут переносить лишь в 100 раз больше своего веса.
В 2010 году был коронован новый сильнейший в мире жук. Как и принято в историях о скромном происхождении людей-чемпионов, он живет в нехитрых условиях. Рогатый жук-навозник (Onthophagus taurus) может поднимать до 1141 своего веса.
Роб Нелл из Университета королевы Марии в Лондоне обнаружил силу навозников, исследуя его тактику спаривания. Самцы используют свои рога для борьбы с соперниками, выталкивая их из туннелей и подальше от самок.
Пропорционально, с силой рогатого навозного жука может состязаться только панцирный клещ (Archegozetes longisetosus). Он микроскопический, весит всего 100 микрограммов и живет в почве леса. В 2007 году ученые обнаружили, что он может поднимать 1180 своих весов.
Жуки-голиафы — это настоящие боевые снаряды
Необычная мощь этих существ объясняется причудами физики.
Галилео Галилей был прав, когда писал в своей книге 1638 года «Две новых науки», что небольшие животные пропорционально сильнее и прочнее, чем крупные. Все дело в соотношении силы к весу.
У больших животных могут быть более сильные мышцы, но поскольку большая часть силы уходит на поддержание собственного веса животного, на дополнительный вес остается не много. В противовес, крошечные создания нуждаются в переносе меньшей массы, поэтому могут выделить больше силы для подъема тяжестей.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!
Есть еще несколько дополнительных биологических факторов, которые благоприятствуют мелким животным. Например, чем больше животное, тем больше энергии ему нужно, чтобы поддерживать важные функции вроде дыхания и кровообращения. Имея более простую и компактную внутреннюю систему, животные поменьше вроде жуков могут инвестировать больше энергии, которую получают из пищи, в строительство сильных экзоскелетов, которые поднимают вес лучше, чем мягкие ткани.
Это значит, что хотя насекомые могут демонстрировать удивительную пропорциональную силу, нельзя масштабировать ее до человеческих размеров и ожидать, что она сохранится.
Масса муравья будет увеличиваться в соответствии с его объемом, поэтому размеры будут в кубе. Но сила зависит от площади поверхности мышц, а значит будет квадратом.
«Муравей размером с человека будет невероятно слабым, поскольку площадь поперечного сечения его ног будет увеличиваться значительно меньше объема его тела», говорит биолог Клер Эшер. «Он даже стоять не сможет. И дышать. Муравьи используют крошечные отверстия — дыхальцы — для распространения кислорода в теле, но в человеческих размерах эти трубочки будут слишком маленькими, чтобы обеспечить кислородом все тело».
Эти принципы применимы ко всем животным, и каждый тип тела может работать лишь в ограниченном диапазоне размеров. Ни гигантские муравьи-убийцы, ни Кинг-Конг не могли бы существовать.
И значит, самые сильные животные, ныне живущие на Земле, могут представлять самых сильных животных, которые когда-либо жили в принципе. Земля была домом и для созданий больше слонов — динозавров — но эти звери вряд ли могли быть сильнее слонов. У силы есть свои пределы.
Источник