Активный способ передвижения характерен для

Урок Бесплатно Локомоция

Понятие локомоции

Локомоция- это перемещение живых организмов в пространстве, благодаря их активным действиям.

В основном движение вызывается сокращением мышц.

Результатом локомоции является акт движения.

На локомоцию сильно влияют рельеф местности и сопротивление среды.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

К настоящему времени в литературе описано свыше 100 вариантов походок наземных млекопитающих.

Основной единицей классификации служит цикл шага одной конечности, а пространственно- временная координация циклов шага гомологичных (например, правой и левой) и гомолатеральных (передней и задней) конечностей определяют диаграмму походки.

Тип походки зависит также от скорости передвижения

Цикл шага состоит из фазы опоры и фазы переноса конечностей:

• Фаза переноса состоит в том, что все три главных сустава конечности согнуты.

В конце фазы переноса колено и лодыжка разгибаются, а бедро сгибается, завершая фазу

• В фазе опоры бедро выпрямляется

В начале фазы опоры колено и лодыжка немного согнуты, что обусловлено пассивным “уступанием”. После этого они выпрямляются до тех пор, пока не кончится фаза опоры.

Эта последовательность движений фиксирована и не зависит от скорости локомоции, но другие параметры шага: длительность фаз, амплитуда движений в суставах могут изменяться в широких пределах.

Скорость локомоции может контролироваться двумя путями:

• изменением сил отталкивания ног
• изменением частоты шага

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Исключительно важную роль сыграло изменение локомоции в эволюции человека.

Лазание предков человека по деревьям способствовало формированию хватательных органов- рук, переход к прямохождению освободил их для использования в качестве органов труда

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Виды локомоции

К локомоции относятся:

• плавание
• летание (полёт)
• планирование
• лазание
• бурение почвы
• брахиация (качание на руках)

• хождение (ходьба), или аллюр, походка
• бегание (бег) на 4 или 2 конечностях
• прыгание (прыжки в высоту)

Различают 2 главных типа наземной локомоции:

1. Симметричная локомоция

• Поочередная работа конечностей: за передней лапой всегда следует диагональная от неё задняя, редко наоборот
• Попарная работа конечностей: в каждой паре одна передняя и одна задняя конечность

2. Асимметричная локомоция

За поочередной или синхронной работой передних конечностей в движение включаются задние.

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Локомоция простейших и кишечнополостных

Простейшие животные организмы двигаются путем сокращения специализированных органоидов — микротрубочек и движения цитоплазмы.

Перестраивая нити цитоскелета, амеба образовывает ложноножки.

Эвглена зеленая передвигается в воде жгутиком вперед, как бы “ввинчиваясь” в воду.

Некоторые эвглены движутся волнообразными движениями тела, которые достигаются за счет белковых нитей в цитоплазме.

Движение инфузорий происходит за счет биения множества ресничек, которые поочередно распрямляясь и выгибаясь проталкивают инфузорию в пространстве тупым концом вперед.

Гидроидные полипы и сцифоидные медузы имеют эпителиально- мускульные клетки, которые содержат мышечные волокна.

У гидры они расположены параллельно вдоль оси, а у медуз по краю зонтика, радиально и в круговую.

Гидра медленно передвигается с места на место, поочередно «ступая» то подошвой, то щупальцами.

Для медуз характерен реактивный способ движения, когда перемещение осуществляется за счет выталкивания воды из-под купола при сокращении стенок зонтика.

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Локомоция червей, моллюсков и членистоногих

Наиболее прогрессивный представитель червей- дождевой червь передвигается ползанием.

Червь сначала втягивает передний конец тела и цепляется щетинками, расположенными на брюшной стороне, за неровности почвы, а затем, сокращая мышцы, подтягивает задний конец тела.

При сокращении продольных мышц тело червя становится более коротким и толстым.

При сокращении кольцевых мышц тело делается тоньше и длиннее.

Сокращаясь поочередно, оба слоя мышц обусловливают движение червя:

Брюхоногие моллюски (улитки и слизни) состоят из туловища, головы, ноги, которая занимает всю брюшную сторону тела.

Скользя подошвой ноги по водным предметам, моллюск осуществляет передвижение.

У двустворчатых моллюсков (устрицы, мидии) раковина овальная, состоит из двух створок- правой и левой.

На брюшной стороне они могут открываться, и в образующуюся щель высовывается нога в виде мускулистого, направленного вперед клинка.

При передвижении двустворчатые выдвигают вперед ногу и закрепляются ею в грунте, а затем подтягивает тело.

Таким образом они делают как бы маленькие шаги по 1- 2 см каждый, передвигаясь всего на 20- 30 см за час.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Морские гребешки- одни из немногих двустворчатых моллюсков, которые способны к активному плаванию.

Делают они это двумя способами.

В первом случае моллюск передвигается вперед брюшным краем, при этом периодически хлопая створками раковины.

Объясняется это следующим образом: вода скапливается в мантийной полости, выбрасывается спереди и сзади от спинного края, вследствие чего возникает реактивная тяга, толкающая моллюска вперед.

В результате морские гребешки передвигаются по дну скачкообразными движениями (вперед и вверх).

Второй вариант передвижения используется моллюском во время опасности.

Свисающий из раковины мантийный край быстро втягивается вовнутрь, и вода беспрепятственно выходит через брюшной край.

Морской гребешок при этом совершает резкий и длинный скачок вперед (до полуметра).

Такой способ движения очень часто спасает от хищников и носит оборонительный характер

Тело головоногих моллюсков (осьминоги, каракатицы) мешкообразное, есть большая голова и 8- 10 длинных ног или щупалец.

Передвигаются с большой скоростью (до 70 км/ч), осуществляя реактивный способ перемещения (путём засасывания и выталкивания воды).

Членистоногие передвигаются за счет членистых конечностей, крыльев и плавательных конечностей с помощью поперечно-полосатой мускулатуры.

Ракообразные по дну двигаются головой вперед на ходильных ногах.

В момент опасности уплывают быстрыми толчками, подминая под себя воду хвостом или хвостовым плавником.

Способ передвижения- плаванье.

У паукообразных от головогруди отходят 8 ходильных ног, при помощи которых они передвигаются ходьбой или прыжками.

Тело насекомых состоит из 3 отделов: головы, груди и брюшка, от которого отходят 3 пары ног.

Некоторые насекомые имеют крылья.

Таким образом, способ передвижения насекомых- ходьба, прыжки или полёт.

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Локомоция рыб, амфибий и рептилий

У рыб плавание происходит путём изгибания тела в горизонтальной плоскости.

После выхода животных на сушу главным органом локомоции стали конечности.

У бесхвостых амфибий (лягушек, жаб) перемещение по суше происходит прыжками: задние конечности наиболее сильные и длинные, передние короткие.

Плавание у лягушек происходит благодаря задним конечностям, передние конечности и голова выполняют роль руля.

Хвостатые амфибии (тритоны) имеют парные одинаковые конечности для перемещения по суше ходьбой и длинный хвост, который является главным двигателем при плавании.

Червяги (безногие амфибии) перемещаются на суше и в воде. извиваясь всем телом, подобно змеям.

Личинки амфибии (головастики) уподобляются рыбам при движении в воде.

Пресмыкающиеся- это первые животные, которые приспособились к полностью сухопутному образу жизни.

Основное направление эволюции- усиление подвижности и маневренности движения.

Исходное строение скелета имеют пресмыкающиеся, передвигающиеся относительно медленно на четырех ногах.

При «пресмыкании» с помощью расставленных по бокам тела коротких парных конечностей, примерно равных друг другу, туловище относительно подвижно, хвост умеренно длинный и шея коротка (гаттерия, большинство ящериц).

Приспособлением к движению по сыпучему грунту служит появление на пальцах оторочки из роговых пластинок («песчаные лыжи») и уплощение тела (ящерицы, круглоголовки).

Ускорение движения по суше достигалось увеличением относительных размеров и изменением постановки конечностей: перенос конечностей под туловище позволяет приподнять его над грунтом и ускорить передвижение (многие пустынные ящерицы; крокодилы, изменяя постановку ног, могут бежать галопом со скоростью 12 км в час).

Еще больше повысил скорость переход к двуногому передвижению, характерному для многих вымерших динозавров и некоторых пустынных ящериц (плащеносной, пустынной агамы).

Хвост становится балансиром, а передние конечности служат для удерживания пищи.

Сильно развитые задние конечности с чешуйчатыми пальцами, позволяют шлемоносному василиску буквально «бежать по воде».

При местообитании в траве, в листве деревьев, в подстилке леса или песчаных почвах оказался выгодным переход к ползанию, который сопровождался потерей конечностей.

Змеевидные движения осуществляются тремя способами:

• изгибы тела в горизонтальной плоскости
• обитатели песков при так называемом «боковом ходе» забрасывают, не касаясь субстрата, заднюю часть тела вперед и в сторону, опираясь на покоящуюся часть тела, затем переносят вперед переднюю часть тела и движение повторяется; при таком движении на песке остаются параллельные полоски поперек направления хода

• при «гусеничном передвижении» по телу пробегает волна сокращения, толкающая его вперед при опоре на расширенные брюшные щитки

Змеевидное тело эффективно и при передвижении в воде: у морских змей хвост сжат с боков, как хвост рыб, для более эффективного движения в водной среде.

Уплощение тела, боковое сплющивание хвоста и приобретение плавательных перепонок между пальцами характерно для крокодилов и многих ископаемых динозавров.

У черепах переход к водному образу жизни сопровождался уплощением, а затем и частичной редукцией панциря и превращением конечностей в мощные ласты.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Летающие ящерыжившие по опушкам леса и береговым обрывам, вероятно, приобрели способность к активному полету через планирование с помощью складки кожи, натянутой между боками тела и конечностями.

Эта прогрессивная черта пресмыкающихся появилась самостоятельно и не является стадией эволюции птиц и млекопитающих

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Источник

БИОФИЗИКА: РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Предлагаю читателям зелёных страничек заглянуть в увлекательный мир биофизики и познакомиться с основными принципами реактивного движения в живой природе. Сегодня в программе: медуза корнерот – самая крупная медуза Чёрного моря, морские гребешки, предприимчивая личинка стрекозы-коромысла, восхитительный кальмар с его непревзойдённым реактивным двигателем и замечательные иллюстрации в исполнении советского биолога и художника-анималиста Кондакова Николая Николаевича.

По принципу реактивного движения в живой природе передвигается целый ряд животных, например медузы, морские моллюски гребешки, личинки стрекозы-коромысла, кальмары, осьминоги, каракатицы… Познакомимся с некоторыми из них поближе 😉

Реактивный способ движения медуз

Медузы – одни из самых древних и многочисленных хищников на нашей планете! Тело медузы на 98% состоит из воды и в значительной части составлено из обводнённой соединительной ткани – мезоглеи, функционирующей как скелет. Основу мезоглеи составляет белок коллаген. Студенистое и прозрачное тело медузы по форме напоминает колокол или зонтик (в диаметре от нескольких миллиметров до 2,5 м). Большинство медуз двигаются реактивным способом, выталкивая воду из полости зонтика.

Медузы Корнероты (Rhizostomae), отряд кишечнополостных животных класса сцифоидных. Медузы (до 65 см в диаметре) лишены краевых щупалец. Края рта вытянуты в ротовые лопасти с многочисленными складками, срастающимися между собой с образованием множества вторичных ротовых отверстий. Прикосновение к ротовым лопастям может вызвать болезненные ожоги, обусловленные действием стрекательных клеток. Около 80 видов; обитают преимущественно в тропических, реже в умеренных морях. В России – 2 вида: Rhizostoma pulmo обычен в Чёрном и Азовском морях, Rhopilema asamushi встречается в Японском море.

Реактивное бегство морских моллюсков гребешков

Морские моллюски гребешки, обычно спокойно лежащие на дне, при приближении к ним их главного врага – восхитительно медлительной, но чрезвычайно коварной хищницы – морской звезды – резко сжимают створки своей раковины, с силой выталкивая из неё воду. Используя, таким образом, принцип реактивного движения, они всплывают и, продолжая открывать и захлопывать раковину, могут отплывать на значительное расстояние. Если же гребешок по какой-то причине не успевает спастись своим реактивным бегством, морская звезда обхватывает его своими руками, вскрывает раковину и поедает…

Морской Гребешок (Pecten), род морских беспозвоночных животных класса двустворчатых моллюсков (Bivalvia). Раковина гребешка округлая с прямым замочным краем. Поверхность её покрыта расходящимися от вершины радиальными ребрами. Створки раковины смыкаются одним сильным мускулом. В Чёрном море обитают Pecten maximus, Flexopecten glaber; в Японском и Охотском морях – Mizuhopecten yessoensis (до 17 см в диаметре).

Реактивный насос личинки стрекозы-коромысла

Нрав у личинки стрекозы-коромысла, или эшны (Aeshna sp.) не менее хищный, чем у её крылатых сородичей. Два, а иногда и четыре года живёт она в подводном царстве, ползает по каменистому дну, выслеживая мелких водных обитателей, с удовольствием включая в свой рацион довольно-таки крупнокалиберных головастиков и мальков. В минуты опасности личинка стрекозы-коромысла срывается с места и рывками плывёт вперёд, движимая работой замечательного реактивного насоса. Набирая воду в заднюю кишку, а затем резко выбрасывая её, личинка прыгает вперёд, подгоняемая силой отдачи. Используя, таким образом, принцип реактивного движения, личинка стрекозы-коромысла уверенными толчками-рывками скрывается от преследующей её угрозы.

Реактивные импульсы нервной «автострады» кальмаров

Во всех, приведённых выше случаях (принципах реактивного движения медуз, гребешков, личинок стрекозы-коромысла), толчки и рывки отделены друг от друга значительными промежутками времени, следовательно большая скорость движения не достигается. Чтобы увеличилась скорость движения, иначе говоря, число реактивных импульсов в единицу времени, необходима повышенная проводимость нервов, которые возбуждают сокращение мышц, обслуживающих живой реактивный двигатель. Такая большая проводимость возможна при большом диаметре нерва.

Известно, что у кальмаров самые крупные в животном мире нервные волокна. В среднем они достигают в диаметре 1 мм – в 50 раз больше, чем у большинства млекопитающих – и проводят возбуждение они со скоростью 25 м/с. А у трёхметрового кальмара дозидикуса (он обитает у берегов Чили) толщина нервов фантастически велика – 18 мм. Нервы толстые, как верёвки! Сигналы мозга – возбудители сокращений – мчатся по нервной «автостраде» кальмара со скоростью легкового автомобиля – 90 км/ч.

Благодаря кальмарам, исследования жизнедеятельности нервов ещё в начале 20 века стремительно продвинулись вперёд. «И кто знает, – пишет британский натуралист Фрэнк Лейн, – может быть, есть сейчас люди, обязанные кальмару тем, что их нервная система находится в нормальном состоянии…»

Быстроходность и манёвренность кальмара объясняется также прекрасными гидродинамическими формами тела животного, за что кальмара и прозвали «живой торпедой».

Кальмары (Teuthoidea), подотряд головоногих моллюсков отряда десятиногих. Размером обычно 0,25-0,5 м, но некоторые виды являются самыми крупными беспозвоночными животными (кальмары рода Architeuthis достигают 18 м, включая длину щупалец).
Тело у кальмаров удлинённое, заострённое сзади, торпедообразное, что определяет большую скорость их движения как в воде (до 70 км/ч), так и в воздухе (кальмары могут выскакивать из воды на высоту до 7 м).

Реактивный двигатель кальмара

Реактивное движение, используемое ныне в торпедах, самолётах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, каракатицам, кальмарам. Наибольший интерес для техников и биофизиков представляет реактивный двигатель кальмаров. Обратите внимание, как просто, с какой минимальной затратой материала решила природа эту сложную и до сих пор непревзойдённую задачу 😉

В сущности, кальмар располагает двумя принципиально различными двигателями (рис. 1а). При медленном перемещении он пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся в виде бегущей волны вдоль корпуса тела. Для быстрого броска кальмар использует реактивный двигатель. Основой этого двигателя является мантия – мышечная ткань. Она окружает тело моллюска со всех сторон, составляя почти половину объёма его тела, и образует своеобразный резервуар – мантийную полость – «камеру сгорания» живой ракеты, в которую периодически засасывается вода. В мантийной полости находятся жабры и внутренние органы кальмара (рис. 1б).

При реактивном способе плавания животное производит засасывание воды через широко открытую мантийную щель внутрь мантийной полости из пограничного слоя. Мантийная щель плотно «застёгивается» на специальные «запонки-кнопки» после того как «камера сгорания» живого двигателя наполнится забортной водой. Расположена мантийная щель вблизи середины тела кальмара, где оно имеет наибольшую толщину. Сила, вызывающая движение животного, создаётся за счёт выбрасывания струи воды через узкую воронку, которая расположена на брюшной поверхности кальмара. Эта воронка, или сифон, – «сопло» живого реактивного двигателя.

«Сопло» двигателя снабжено специальным клапаном и мышцы могут его поворачивать. Изменяя угол установки воронки-сопла (рис. 1в), кальмар плывёт одинаково хорошо, как вперёд, так и назад (если он плывет назад, – воронка вытягивается вдоль тела, а клапан прижат к её стенке и не мешает вытекающей из мантийной полости водяной струе; когда кальмару нужно двигаться вперёд, свободный конец воронки несколько удлиняется и изгибается в вертикальной плоскости, её выходное отверстие сворачивается и клапан принимает изогнутое положение). Реактивные толчки и всасывание воды в мантийную полость с неуловимой быстротой следуют одно за другим, и кальмар ракетой проносится в синеве океана.

1а) кальмар – живая торпеда; 1б) реактивный двигатель кальмара; 1в) положение сопла и его клапана при движении кальмара назад и вперёд.

На забор воды и её выталкивание животное затрачивает доли секунды. Засасывая воду в мантийную полость в кормовой части тела в периоды замедленных движений по инерции, кальмар тем самым осуществляет отсос пограничного слоя, предотвращая таким образом срыв потока при нестационарном режиме обтекания. Увеличивая порции выбрасываемой воды и учащая сокращения мантии, кальмар легко увеличивает скорость движения.

Реактивный двигатель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч; некоторые исследователи считают, что даже 150 км/ч!

Инженеры уже создали двигатель, подобный реактивному двигателю кальмара: это водомёт, действующий при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя. Почему же реактивный двигатель кальмара по-прежнему привлекает внимание инженеров и является объектом тщательных исследований биофизиков? Для работы под водой удобно иметь устройство, работающее без доступа атмосферного воздуха. Творческие поиски инженеров направлены на создание конструкции гидрореактивного двигателя, подобного воздушно-реактивному…

Кондаков Николай Николаевич (1908–1999) – советский биолог, художник-анималист, кандидат биологических наук. Основным вкладом в биологическую науку стали выполненные им рисунки различных представителей фауны. Эти иллюстрации вошли во многие издания, такие как Большая Советская Энциклопедия, Красная книга СССР, в атласы животных и в учебные пособия.

Акимушкин Игорь Иванович (01.05.1929–01.01.1993) – советский биолог, писатель – популяризатор биологии, автор научно-популярных книг о жизни животных. Лауреат премии Всесоюзного общества «Знание». Член Союза писателей СССР. Наиболее известной публикацией Игоря Акимушкина является шеститомная книга «Мир Животных».

Материалы этой статьи полезно будет применить не только на уроках физики и биологии, но и во внеклассной работе.
Биофизический материал является чрезвычайно благодатным для мобилизации внимания учащихся, для превращения абстрактных формулировок в нечто конкретное и близкое, затрагивающее не только интеллектуальную, но и эмоциональную сферу.

Литература:
§ Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики
Москва: издательство «Просвещение», 1988
§ § Акимушкин И.И. Приматы моря
Москва: издательство «Мысль», 1974
§ Тарасов Л.В. Физика в природе
Москва: издательство «Просвещение», 1988

Источник