Муравьиная сила
Всем нам хорошо знакомо словосочетание «лошадиная сила» в применении к тому, сколько тянуть, тащить, везти или поднимать может тот или иной агрегат. Происхождение этого понятия определить несложно, ведь раньше основной тягловой силой были лошади, потому теперь и считают, во сколько раз машина сильнее этого животного. Хотя мы могли бы взять за эталон «силы» и способности других животных – быков, ослов, слонов или даже… муравьёв.
Муравьиная сила – само по себе это словосочетание звучит не слишком впечатляюще. Но если вспомнить о том, что это насекомое способно поднять вес, в 50 раз превышающий его собственный, от снисходительности не останется и следа. Подумайте о том, когда вы последний раз подтягивались в спортзале. Подтягивание – это тоже попытка поднять свой собственный вес. Удалось? Если нет, то самое время проникнуться к маленьким насекомым глубоким уважением.
Сколько весит муравей?
В первую очередь муравьиные способности поднимать такие тяжести обеспечиваются, как ни странно, их маленьким весом. Почему так происходит?
Жители обычных муравейников, рыжие или чёрные, которые населяют леса и поля средней полосы России, а также портят наши огороды и сады, весят порядка 5–7 миллиграмм. Встречаются и более мелкие разновидности – например, масса фараонова муравья, известного домашнего вредителя, составляет 1 миллиграмм, и столько же весят некоторые тропические виды.
Однако это масса самых лёгких особей – работников, то есть самок с неразвитой половой системой. Масса муравья-солдата превышает массу рабочей особи в несколько десятков раз, а муравьиная матка тяжелее обычного работяги в 200, а то и в 500 раз. Правда, с точки зрения грузоподъёмности матка нас не интересует – ей ведь не приходится поднимать тяжести, этим занимается как раз основная часть населения муравейников. Поэтому нам важнее знать, сколько весят лёгкие особи, а не матки.
При этом на Земле встречаются и более крупные виды муравьиных – например, рабочая особь южноамериканского муравья-пули набирает вес до 90 миллиграмм, что примерно в 20 раз превышает массу обычного лесного муравьишки.
Муравьиная грузоподъёмность
Сколько же на самом деле может поднять муравей? В абсолютном выражении – не так уж много, но относительно собственного веса муравья – это огромные тяжести. Такой вид, как листорез, способен переносить предметы массой до 100 миллиграмм. Это в 50 раз больше, чем масса тела этого насекомого. Так как муравей ухитряется поднимать ношу и почему муравьи такие сильные?
На самом деле такие удивительные способности присущи и другим видам, поэтому нельзя считать это насекомое единоличным чемпионом лёгкого веса по поднятию тяжестей. Многие жуки способны толкать и таскать вес, во много раз превышающий их собственный, кузнечики и блохи способы прыгать на огромные расстояния, что тоже является формой переноски тяжестей – ведь в прыжке надо оторвать от земли собственное тело.
Секрет в том, что у мелких живых существ на единицу площади или массы тела приходится больше мускулов, чем у крупных животных, в том числе у человека. Существует даже формула для расчёта площади поперечного сечения мускуловотносительно массы и длины тела. Кроме того, у насекомых и ракообразных другое строение скелета и внутренних органов, нежели у млекопитающих. Этот факт нужно учитывать при расчёте того, сколько может поднять муравей. Не вдаваясь в подробности, скажем, что в среднем эта букашка оказывается в 100 раз сильнее человека. Именно поэтому муравей может поднять вес, значительно превосходящий его собственный.
При этом, учитывая малые размеры этих насекомых, чтобы переносить большие предметы, им требуется объединять свои усилия. В муравьином мире даже существует синергический эффект – две рабочих особи вместе могут поднять и нести больший вес, чем обе они несли бы по отдельности.
Сколько нужно муравьёв, чтобы поднять разные предметы?
Зная, какой вес поднимает муравей, мы можем сделать следующие подсчёты.
- Чтобы поднять взрослого человека, потребуется около 450 000 муравьёв.
- Чтобы поднять мешок картошки весом в 50 кг, потребуется 300 000 муравьёв.
- Чтобы поднять маленькую бутылочку сока Pulpy весом около 500 г, потребуется 3000 муравьёв.
Кстати, чисто теоретически всё это вполне возможно, хотя пока что и нет проектов по использованию этих насекомых на человеческих стройках. На каждого человека на Земле приходится около 10 миллионов муравьиных особей. Учитывая, что сейчас на земном шаре проживает около 7 миллиардов людей, то количество муравьёв составит 7х10 в шестнадцатой степени. Поневоле задумаешься, кто же на самом деле хозяин этой планеты.
На самом деле муравьи хороши не столько своей физической силой, сколько уникальными организационными способностями. Они являются не только успешными тяжелоатлетами, но также эффективными строителями, храбрыми воинами, умелыми животноводами и огородниками.
Вот ещё несколько удивительных фактов об этих насекомых.
- В муравейниках существует эффективное разделение труда: на протяжении всей жизни каждая особь может поочерёдно выполнять функции няньки, строителя и собирателя пищи.
- В некоторых муравейниках успешно разводят плесневые грибы.
- Всем известно, что муравьи разводят тлю, но это не является паразитизмом, так как без муравьиной заботы тля живёт намного меньше.
- Для переноса матки и личинок через водные преграды муравьи могут строить мосты. Для этого рабочие особи прочно хватаются друг за друга и образуют прочную поверхность, по которой можно будет перенести свою царицу.
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