Знание-сила, 2006 № 04 (946)

Однако для приведения в быстрое движение длинных рычагов нужна очень большая сила. Центрифугу вращают моторы, а у силы животных есть определенный предел. (Чем больше мышц, тем больший вес нужно ускорять, так что выигрыша уже не получается.) Поэтому истинные рекордсмены животного мира по ускорению пользуются катапультами, т.е. устройствами, которые быстро высвобождают энергию эластичной "нити", предварительно накопленную в результате медленной работы мышц. Абсолютный рекорд катапультного ускорения принадлежит насекомым семейства Серкопидии, личинки которых живут на растениях в пузырьках чего-то вроде слюны. Эти насекомые называются еще слюнявыми попрыгунчиками, потому что, выбравшись из своих пузырьков, они принимаются стремительно прыгать, развивая при этом поистине фантастическое ускорение — 408 g!

Вернемся, однако, к нашему хамелеончику. Как показали де Гроот и ван Лееувен, язык его развивает ускорение 51g, достигает скорости 6 метров в секунду и прилипает к жертве за десятую долю секунды. Это обеспечивается особым устройством языка. Его основу — скелет — составляет длинная, жесткая палочка, сплетенная из сухожилий. Она служит той твердой "рамой", которая нужна всякой катапульте. Эта палочка обмотана спиральными слоями эластичной коллагеновой ткани, которые, в свою очередь, обмотаны ускоряющей мышцей. Когда мышца получает от мозга сигнал на сокрашение, она начинает радиально сжиматься, т.е. ее толщина уменьшается, а длина увеличивается. Если в спокойном состоянии эта мышца была сдвинута далеко назад относительно кончика скелетной палочки, то теперь она все больше приближается к этому кончику, наползает на него. Все это легко себе представить, но это еще не все.

В ходе такого сжатия-удлинения мышца удлиняет (растягивает) также находящиеся внутри нее концентрические слои коллагена. В этих растянутых слоях, как в растянутой пружине, постепенно запасается энергия сжатия мышцы. В какой-то момент мышца получает сигнал на катапультирование. Это тот момент, когда в процессе своего удлинения мышца соскальзывает, наконец, с кончика скелетной палочки и попадает на мягкую подушечку языка. Тут она получает возможность расслабиться, потому что твердая скелетная палочка больше ей не мешает. Расслабление мышцы позволяет расслабиться также и виткам коллагеновой пружины. Каждый раз, когда подушечка языка проскальзывает сквозь очередной виток этой пружины, этот виток возвращается в исходное (несжатое) состояние, передавая подушечке очередную порцию энергии. И та стремительно летит вперед, к желанной цели.

Все это устройство голландские исследователи выявили с помощью осторожного, тщательного и детального изучения микроскопических срезов хамелеонова языка. На самом внутреннем конце его они нашли еще одно поразительное устройство — комплекс сухожилий, который препятствует удлиняющейся мышце скользить по скелетной палочке назад. Наличие этого "ретракторного комплекса" гарантирует, что мышца будет удлиняться только вперед, в направлении к кончику скелетной палочки, и, следовательно, что катапультирование произойдет само собой, когда она соскользнет с этого кончика на мягкую подушечку. Иными словами, катапульта хамелеона не нуждается в каком-то особом "спусковом устройстве". Это одно его преимущество над обычной катапультой.

Другое состоит в том, что энергия передается подушечке языка небольшими порциями — по одной на каждый виток коллагеновой пружины. Поэтому ускорение набирается мягко, а не в один толчок, что очень важно, когда катапульта выбрасывает такую мягкую штуку, как длинный язык. Слишком быстрый толчок мог бы привести к деформациям и вибрациям мягкой ткани, а это означает потерю драгоценной энергии. Некоторые саламандры тоже выбрасывают язык по методу катапульты, но у них нет концентрических слоев эластичного коллагена, и потому они, чтобы избежать потерь энергии на деформации, выбрасывают вперед вместе с языком его твердый скелет. Хамелеон оказался более изобретателен. Он может варьировать наращивание скорости своего языка со временем — делать ускорение больше или меньше Для этого ему достаточно уменьшать или увеличивать порции энергии, передаваемые языку каждым витком коллагена. Такое уменьшение или увеличение передаваемой в каждом толчке энергии достигается просто разной степенью растянутости коллагеновой пружины, то есть в конечном счете степенью сокращения "выстреливающей" мышцы.

Такие вот чудеса природы. И подумать только, что мы, считающие себя разумными инженерами, за все тысячелетия употребления катапульт не додумались до такого принципа "скользящей пружины". Наверно, потому и загадка хамелеонова языка так долго оставалась для нас загадкой. Пока не появились де Гроот и ван Лееувен.

ЖУРНАЛЬНОЕ ОБОЗРЕНИЕ

Александр Зайцев

Куда убрело привидение?