ให้ความรู้เกี่ยวกับงู

งูสามารถคลานเป็นเส้นตรงได้ Bruce Jayne นักชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยซินซินนาติศึกษากลไกการเคลื่อนไหวของงูเพื่อทำความเข้าใจว่าพวกมันสามารถขับเคลื่อนตัวเองไปข้างหน้าได้อย่างไรเหมือนรถไฟลอดอุโมงค์ Jayne กล่าวว่า "มันเป็นวิธีที่ดีมากในการเคลื่อนย้ายในพื้นที่จำกัด "งูที่มีลำตัวหนักจำนวนมากใช้การเคลื่อนไหวนี้: งูพิษ งูเหลือม งูอนาคอนดา และงูเหลือม" การศึกษาของเขาเรื่อง "การคลาน โดยไม่กระดิก" ตีพิมพ์ในเดือนธันวาคมในวารสาร Experimental Biology โดยทั่วไปแล้วงูจะว่ายน้ำ ปีน หรือคลานโดยการงอกระดูกสันหลังเป็นขดลวดคดเคี้ยวหรือใช้ขอบด้านบนเพื่อดันวัตถุ ตัวอย่างที่ชัดเจนของความหลากหลายของการเคลื่อนไหวทำให้ชื่องูหางกระดิ่งไซด์วินเดอร์ Jayne ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพในวิทยาลัยศิลปะและวิทยาศาสตร์ McMicken ของ UC ได้ปลดล็อกกลไกการเคลื่อนที่ของงูสามชนิดที่เรียกว่าคอนแชร์ทิน่า คดเคี้ยว และไซด์วินดดิ้ง แต่การเคลื่อนไหวตรงไปตรงมาของงูที่เรียกว่า "การเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรง" ได้รับความสนใจน้อยลง เขากล่าว การประสานกันของการทำงานของกล้ามเนื้อและการเคลื่อนไหวของผิวหนังนี้ได้รับการตรวจสอบครั้งแรกในปี 1950 โดยนักชีววิทยา HW Lissmann เขาตั้งสมมติฐานว่ากล้ามเนื้อของงูประกอบกับหนังท้องที่หลวม ยืดหยุ่น และนิ่ม ทำให้มันสามารถว่ายไปข้างหน้าได้โดยไม่ต้องงอกระดูกสันหลัง Jayne กล่าวว่า "เป็นเวลาเกือบ 70 ปีแล้วที่ไม่มีความเข้าใจในการเคลื่อนที่แบบนั้น Jayne และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและผู้เขียนร่วม Steven Newman ได้ทดสอบสมมติฐานของ Lissmann โดยใช้อุปกรณ์ที่ไม่มีให้สำหรับนักวิจัยในทศวรรษที่ 1950 Jayne ใช้กล้องดิจิทัลความละเอียดสูงเพื่อถ่ายทำภาพงูเหลือมรัดขณะที่บันทึกแรงกระตุ้นไฟฟ้าที่เกิดจากกล้ามเนื้อเฉพาะส่วน สิ่งนี้ทำให้เกิดอิเล็กโทรไมโอแกรม (คล้ายกับ EKG) ที่แสดงการประสานกันระหว่างกล้ามเนื้อ ผิวหนังของงู และร่างกายของมัน สำหรับการศึกษานี้ นิวแมนและเจย์นใช้งูเหลือมงูเหลือม ซึ่งเป็นงูที่มีลำตัวขนาดใหญ่ที่รู้จักกันว่าเดินทางเป็นเส้นตรงเหนือพื้นป่า พวกเขาบันทึกวิดีโอความละเอียดสูงของงูที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวแนวนอนโดยมีเครื่องหมายอ้างอิงกำกับไว้ นักวิจัยยังได้เพิ่มจุดอ้างอิงที่ด้านข้างของงูเพื่อติดตามการเคลื่อนไหวเล็กน้อยของผิวหนังที่เป็นเกล็ดของพวกมัน เมื่องูขยับไปข้างหน้า ผิวหนังบริเวณท้องจะงอมากกว่าผิวหนังเหนือซี่โครงและหลัง เกล็ดท้องทำหน้าที่เหมือนดอกยาง ให้การยึดเกาะกับพื้นขณะที่กล้ามเนื้อดึงโครงร่างภายในของงูไปข้างหน้าในรูปแบบคลื่นที่ลื่นไหลและไร้รอยต่อเมื่อพวกมันเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว กล้ามเนื้อของงูถูกกระตุ้นตามลำดับจากหัวไปยังหางในลักษณะที่ลื่นไหลและไร้รอยต่ออย่างน่าทึ่ง กล้ามเนื้อหลัก 2 มัดที่ทำหน้าที่นี้ขยายจากกระดูกซี่โครง (คอสโต) ไปจนถึงผิวหนัง (ผิวหนัง) ทำให้พวกมันได้ชื่อว่า costocutaneous "กระดูกสันหลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยอัตราคงที่" นิวแมนกล่าว "กล้ามเนื้อชุดหนึ่งจะดึงผิวหนังไปข้างหน้าแล้วยึดเข้าที่ และกล้ามเนื้อตรงข้ามกันจะดึงกระดูกสันหลัง" ข้อดีของการเคลื่อนไหวแบบนี้เห็นได้ชัดสำหรับผู้ล่าที่กินสัตว์ฟันแทะและสัตว์อื่นๆ ที่ใช้เวลาอยู่ใต้ดิน “ งู วิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษที่มุดอยู่ในรู คุณสามารถเข้าไปในรูหรืออุโมงค์ที่แคบกว่ามากได้ด้วยการเคลื่อนที่ด้วยวิธีนี้ การศึกษาได้รับการสนับสนุนบางส่วนจากทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ Jayne กล่าวว่าคำอธิบายของ Lissmann ในปี 1950 ส่วนใหญ่ถูกต้อง “แต่เขาตั้งสมมติฐานว่ากล้ามเนื้อที่ทำให้ผิวหนังสั้นลงเป็นกลไกที่ขับเคลื่อนงูไปข้างหน้า เขาเข้าใจผิด” Jayne กล่าว "แต่เมื่อพิจารณาจากเวลาที่เขาศึกษา ฉันประหลาดใจที่เขาทำมันได้ ฉันชื่นชมอย่างมากสำหรับข้อมูลเชิงลึกของเขา" อุตสาหกรรมได้พยายามเลียนแบบการเคลื่อนไหวของงูที่ไร้แขนขาและคดเคี้ยวในหุ่นยนต์ที่สามารถตรวจสอบท่อและอุปกรณ์ใต้น้ำอื่นๆ นิวแมนกล่าวว่าหุ่นยนต์ที่ควบคุมการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงของงูได้นั้นมีประโยชน์อย่างมาก "งานวิจัยชิ้นนี้สามารถบอกข้อมูลแก่วิทยาการหุ่นยนต์ได้ มันจะเป็นข้อได้เปรียบอย่างมากหากสามารถเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในพื้นที่จำกัดขนาดเล็กได้ พวกเขาสามารถใช้หุ่นยนต์รูปร่างเหมือนงูเพื่อค้นหาและกู้ภัยในซากปรักหักพังและอาคารที่พังทลายได้" นิวแมนกล่าว การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงเป็นเกียร์ต่ำสำหรับงูที่เรียกความเร็วได้อย่างน่าประหลาดใจ พวกเขาใช้มันเมื่อรู้สึกผ่อนคลายเท่านั้น นักวิจัยสังเกตว่างูกลับไปแสดงท่าทางแบบคอนแชร์ตินาและคดเคี้ยวแบบดั้งเดิมเมื่อพวกมันตกใจหรือถูกกระตุ้นให้เคลื่อนไหว Jayne นักปั่นจักรยานตัวยงได้ศึกษาสรีรวิทยาและชีวกลศาสตร์ของการปั่นจักรยานในห้องแล็บในเมือง Rieveschl เขามีการศึกษาอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับสมรรถภาพหัวใจและหลอดเลือดของผู้ขับขี่ เขาวัดปริมาณการใช้ออกซิเจนในหนึ่งนาทีต่อน้ำหนักตัว 1 กิโลกรัม เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมว่านักปั่นจักรยานสามารถเพิ่มความสามารถของกล้ามเนื้อในการเผาผลาญแลคเตสได้อย่างไร แต่เขามักจะหลงใหลงูมากที่สุด ผลงานของเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสารมากกว่า 70 บทความ ส่วนใหญ่เกี่ยวกับพฤติกรรมหรือชีววิทยาของงู เมื่อเร็วๆ นี้ Jayne ได้ศึกษาการเคลื่อนที่ของงู โดยเฉพาะความสามารถอันน่าทึ่งของบางคนในการปีนต้นไม้ Jayne สอนสัตววิทยาสัตว์มีกระดูกสันหลังและสรีรวิทยาของมนุษย์และชีวกลศาสตร์ที่ UC ความสนใจตลอดชีวิตของ Jayne เกี่ยวกับงูได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่กระตือรือร้นทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพฤติกรรมที่ไม่ได้บันทึกไว้ก่อนหน้านี้มากมาย เขาศึกษางูกินปูในมาเลเซีย และกำลังทดสอบการมองเห็นของงูในห้องปฏิบัติการทางแสงชั่วคราวของเขาที่ UC ด้วยการทดสอบขีดจำกัดของความคล่องตัว Jayne สามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการควบคุมมอเตอร์ที่ซับซ้อนของงู สิ่งนี้สามารถชี้ให้เห็นถึงวิธีที่มนุษย์สามารถดำเนินการเคลื่อนไหวที่ประสานกัน Jayne กล่าวว่า "สิ่งที่ทำให้พวกเขาสามารถไปในทิศทางที่แตกต่างกันทั้งหมดเหล่านี้และจัดการกับความซับซ้อนสามมิติทั้งหมดได้ก็คือพวกเขามีความหลากหลายหรือความเป็นพลาสติกในการควบคุมระบบประสาทของกล้ามเนื้อ "แม้ว่าสัตว์จะมีพละกำลังที่จะทำอะไรได้ แต่ก็ไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมทางประสาท" Jayne ต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่การควบคุมมอเตอร์ที่ประณีตนี้มีส่วนช่วยในการบิดงอที่น่าทึ่งของงู "พวกมันเคลื่อนไหวในวิธีที่น่าทึ่งมากมาย นั่นเป็นเพราะพวกมันมีรูปแบบการเคลื่อนไหวที่หลากหลายอย่างไม่น่าเชื่อที่ระบบประสาทสามารถสร้างได้" เขาพูดว่า. “แม้ว่างูทั้งหมดจะมีโครงสร้างลำตัวเหมือนกัน แต่ก็มีงูน้ำทั้งตัว งูที่เคลื่อนไหวบนพื้นราบ งูที่เคลื่อนที่ในแนวระนาบ งูที่ปีนป่าย พวกมันไปทุกที่” เขากล่าว "และเหตุผลที่พวกมันสามารถไปได้ทุกหนทุกแห่งก็เพราะพวกมันมีวิธีการควบคุมกล้ามเนื้อที่แตกต่างกันมากมาย นั่นเป็นเรื่องที่น่าสนใจทีเดียว"