Používajú fyziku aj zvieratá? Dajte nám vedieť jeho metódy

Keby Isaac Newton študoval iba mačky, nikdy by neobjavil zákony pohybu.

Predpokladajme, že držíte mačku za brucho a vyhodíte ju z okna na druhom poschodí. Ak je mačka jednoducho mechanický systém, ktorý dodržiava Newtonove zákony pohybu, potom by mala padnúť na chrbát. (Dobre, sú s tým spojené určité technické aspekty – napríklad, že sa to musí robiť vo vákuu, ale to teraz ignorujme.) Namiesto toho sa väčšina mačiek zvyčajne vyhýba zraneniu tak, že sa pri zostupe otáčajú, aby pristáli na nohách.

Väčšina ľudí nie je prekvapená týmto trikom – každý videl videá potvrdzujúce mačaciu akrobaciu. Ale už viac ako storočie si vedci lámu hlavu nad tým, ako to mačky robia. Je zrejmé, že matematická veta analyzuje padajúcu mačku ako mechanický systém zlyháva pre živé mačkyAko v nedávnom článku zdôraznil nositeľ Nobelovej ceny Frank Wilczek.

„Táto teoréma nie je relevantná pre skutočné biologické mačky,“ píše Wilczek, teoretický fyzik z MIT. Nie sú to uzavreté mechanické systémy a „môžu spotrebovať uloženú energiu… na pohon mechanického pohybu.“

Fyzikálne zákony však platia aj pre mačky – ako aj pre všetky ostatné druhy zvierat, od hmyzu po slony. Biológia sa nevyhýba ani fyzike; Objíma to. Od trenia na mikroúrovni až po dynamiku tekutín vo vode a vzduchu, zvieratá využívajú fyzikálne zákony na beh, plávanie alebo lietanie. Každý ďalší aspekt správania zvierat, od dýchania až po budovanie prístrešku, závisí nejakým spôsobom od obmedzení a možností, ktoré poskytuje fyzika.

„Živé organizmy… sú systémy, ktorých pôsobenie je obmedzené fyzikou v mnohých dĺžkových a časových mierkach,“ píše Jennifer Reeser a spoluautori v aktuálnom vydaní časopisu Nature. Ročný prehľad fyziky kondenzovaných látok,

Zatiaľ čo oblasť fyziky správania zvierat je stále v plienkach, dosiahol sa značný pokrok vo vysvetľovaní individuálneho správania, ako aj toho, ako sa toto správanie formuje prostredníctvom interakcií s inými jednotlivcami a prostredím. Okrem toho, že sa dozviete viac o tom, ako zvieratá vykonávajú svoje rozmanité zručnosti, takýto výskum by mohol priniesť aj nové poznatky o fyzike skúmaním schopností zvierat, ktorým vedci ešte nerozumejú.

mobilné zvieratá

Fyzika sa vzťahuje na živočíchy pôsobiace v širokom rozsahu priestorových mier. Na najmenšom konci rozsahu poskytujú príťažlivé sily medzi susednými atómami gekónom a niektorým hmyzom schopnosť šplhať po stenách alebo chodiť po stropoch. V trochu väčšom meradle poskytujú textúry a štruktúry priľnavosť pre inú biologickú gymnastiku. Napríklad v pierkach vtákov pôsobia drobné háčiky a tŕne ako suchý zips a udržiavajú perá v polohe, aby sa zvýšil vztlak počas letu, uvádza Reeser a kolegovia.

Biologické štruktúry tiež napomáhajú pohybu tým, že uľahčujú trenie medzi časťami zvierat a povrchmi. Šupiny kalifornského kráľovského hada majú textúru, ktorá umožňuje rýchle posúvanie dopredu, ale zvyšuje trenie, aby sa spomalil pohyb dozadu alebo do strán. Nedávny výskum naznačuje, že niektoré hady s bočným navíjaním si zjavne vyvinuli rôzne štruktúry, ktoré znižujú trenie v smere pohybu.

Pre interakciu živočíchov s vodou sú dôležité aj stavby malého rozsahu. U mnohých zvierat mikroskopické štruktúry robia telo „superhydrofóbnym“ – schopným zabrániť prenikaniu vody. „Vo vlhkom počasí môže byť vylučovanie kvapiek vody nevyhnutné u zvierat, ako sú lietajúce vtáky a hmyz, kde je hmotnosť a stabilita mimoriadne dôležitá,“ povedal Reiser a spoluautori Chantal Nguyen, Orit Peleg a Kelvin Reiska z Emory University.

Vodoodpudivé povrchy tiež pomáhajú udržiavať kožu zvierat čistú. „Tento samočistiaci mechanizmus… môže byť dôležitý pri pomoci zvieratám chrániť sa pred hrozbami, ako sú parazity prenášané pokožkou a iné infekcie,“ vysvetľujú autori výročného prehľadu. A v niektorých prípadoch môže byť potrebné odstránenie cudzieho materiálu z povrchu zvieraťa, aby sa zachovali povrchové vlastnosti, ktoré zlepšujú maskovanie.