Реактивный способ передвижения это у моллюсков

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

Реактивное движение в природе на примере головоногих моллюсков

Природные явления, в том числе поведение и образ жизни многих живых существ еще с древности дает людям много возможностей, для новых открытый. Так, благодаря изучению реактивного движения моллюсков удалось разработать много современной техники, в том числе аппаратов для полета в космос.

Что собой представляет реактивное движение у кальмаров?

Кальмар – это морской житель, который обладает уникальным очень быстрым двигателем. Так, для разного движения он может использовать разные органы:

• для медленного передвижения, это существо использует большой плавник, который похож на ромб, что периодически изгибается;
• для более быстрой скорости он пользуется своим двигателем, который придает огромную скорость.

Все тело этого моллюска окружено своеобразной мышечной накидкой. Кстати, в объеме эта накидка занимает половину всего тела существа. Чтобы передвигаться, кальмар впускает воду внутрь этой полости, а потом резко выпускает струю воды, что проходит узким соплом. Кстати, в этом сопло есть специальные клапаны, которые могут поворачиваться мышцами, тем самым меняя направление. Этот двигатель можно с уверенностью назвать скоростным, поскольку кальмар может разогнаться до 70 километров в час. Именно благодаря этому, часто кальмара называют «Живой торпедой».

Проще говоря, чтобы быстрее плыть кальмары используют отдачу от выбрасываемой струи воды. Казалось бы, но такие два понятия, как реактивное движение и авиация, являются очень тесно связанными. Поскольку благодаря открытию первого, людям удалось сконструировать первые реактивные двигатели.

Особенности реактивного движения в биологии у моллюсков на примере сальпы

Сальпы – это морские обитатели, которые преимущественно живут на поверхности океанов и морей. У этого существа прозрачное тело, во время своего передвижения, в него вода проходит через отверстие, что находится спереди. Следует отметить, что вода попадает именно в широкую полость существа, в которой есть натянутые вдоль своеобразные жабры. Когда сальпы заглатывают внутрь себя много воды, то их отверстие сразу закрывается. Именно в этот момент мускулы существа, резко сокращаются, потом тело сильно сжимается, а вода естественно быстро выплескивается, наружу проходя заднее отверстие. Соответственно, именно реакция в результате выпускаемой струи и заставляет сальпу двигаться вперед.

К наиболее характерным особенностям этого существа можно отнести:

• может светиться (благодаря специфическим бактериям);
• передвигаются по океану огромными скоплениями;
• питаются преимущественно фитопланктоном;

Аналогично двигается моллюск-гребешок, так он плывет вперед благодаря мощной силе, которая исходит от струи воды, что выбрасывается из его раковины во время резкого сжатия ее стенок. Касательно вопроса, реактивного движения в быту, то там тоже есть много интересных моментов, которые заставят вас поразмышлять.

Характеристика осьминогов

К числу морских обитателей, которые передвигаются за счет выброса воды, относится осьминог. Так, на вентральной стороне тела осьминога находится своеобразная мантийная щель, через которую и поступает вода внутрь осьминога. Когда там набирается необходимое количество воды, мускулы начинают быстро сокращаться, и как результат щель закрывается, а непосредственно вода проходит через воронку, которая находится в полости. Простыми словами, создаваемая струя толкает осьминога вперед. Следует отметить, что чем сильнее сила этих сокращений, тем осьминог двигается быстрее, а свои щупальца он оставляет позади тела.

Характерной особенностью этих существ можно назвать то, что при желании они могут изменять направление во время движения. Для этого, они переориентируют наиболее подвижную воронку, по примеру обычного руля. А для торможения ему вполне достаточно просто расставить щупальца. Когда осьминог плывет быстро, сокращение его мантии выполняют две задачи:

1. Перемещают существо в пространстве.
2. Омывают его жабры водой, что содержит много кислорода.

Смотрите видео о примерах реактивного движения.

Примеры реактивного движения на других обитателях морского дна

При изучении реактивного движения головоногих моллюсков можно открыть для себя массу новой и познавательной информации. К наиболее ярким представителям морского дна, которые могут двигаться благодаря реактивному движению, можно отнести:

Каракатицы. Касательно метода передвижения каракатицы в воде, то они наполняют водой жаберную полость. Вода поступает внутрь через щель, что находится сбоку, а также через специальную воронку, которая располагается впереди тела. Потом, вода очень энергично выбрасывается быстрой струей через воронку. Каракатица может самостоятельно управлять трубкой своей воронки в сторону либо назад, потом резко выдавливая из нее воду, она может плыть по разным направлениям.

Медузы. Особое внимание следует уделить реактивному движению медузы и ее образу жизни. С особой интересностью можно изучать лунную медузу. Эти существа вместо того, чтобы направлять напор воды назад, они создают в пространстве кольцевые потоки, особой специфичной формы. Именно благодаря этим потокам медузы передвигаются вперед. Кстати, взаимодействие таких потоков с водой, что окружает медузу, намного увеличивает продуктивность двигателя медузы, что позволяет намного меньше тратить энергии.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что, даже не имея особых плавников ни мощных хвостов, многие моллюски могут плавать не хуже других морских обитателей. Так, эти мягкотелые морские существа обладают внутренним вместительным мешком. Именно в этой полости скапливается вода, а потом существа с большой силой отталкивают эту воду наружу, тем самым придавая скорость животному. Следовательно, реактивное движение у головоногих возникает за счет реакции выброшенной жидкости, которая заставляет животное плыть в сторону противоположную направлению струи.

А какие еще примеры использования реактивного движения знаете вы? Оставьте свое сообщение в комментариях! А также смотрите видео о реактивном движении медуз.

Источник