Wielkie żyrafy wzrostu utrudnia reagowania

Każdy wie, że żyrafy - najwyższy ssaków lądowych. Ponadto, nie jest tajemnicą, że wysokie żyrafy daje ogromne korzyści w stosunku do innych ssaków roślinożernych: żyrafa może osiągnąć liście na wierzchołkach drzew, gdzie żaden z konkurentów nie może dotrzeć. Ale niewielu z nas w tym samym czasie, co odzwierciedla przynosi niedogodności dla tych zwierząt z ich wysokiego wzrostu.

W szczególności powstaje pytanie: Czy nie koliduje z żyraf długich kończynach wykonać czuciowo (nerwowo) kontroli? Przemieszczanie zwierząt musi być monitorowana przez nierówności i szybko reagować. Szybkość reakcji zależy z jednej strony od prędkości impulsów nerwowych, które jest w dużej mierze uzależniony od wielkości włókien nerwowych, a po drugie, z dokładnością do reakcji, która zależy od gęstości i liczby włókien nerwowych i mięśniowych. (Dokładność reakcji rozumie dokładność i precyzję umiejscowienia w odpowiedzi na ten bodziec bodziec).

Zespół fizjologów i zoologów z Uniwersytetu Simona Frasera (Simon Fraser University, Kanada) oraz Uniwersytetu w Aarhus (Aarhus University, Dania) szczegółowo badane parametry ruchu tylnych kończyn żyrafa. Ponieważ żyrafy kończyn prawie dwa razy dłużej niż inne zwierzęta z tej samej masie, autorzy sugerują, że czas wymagany do transdukcji sygnału w włóknach nerwowych i mięśniowych musi być dwukrotnie dłuższy od wielkości i liczby włókien u zwierząt podobna.

Czas potrzebny do reakcji na bodziec zależy od liczby elementów tzw refleksyjny łuk. Odruch łuku - jest droga przebyta przez impulsów nerwowych odruchu realizacja refleksa- - stereotypowy reakcji żyjącego organizmu na bodziec, który przechodzi związanych z układem nerwowym. Jednym z najprostszych łuków odruchowych pokazanych na fig. 1. Sygnał z receptorami na skórę kończyny końcowego przekazanego nerwów czuciowych w rdzeniu kręgowym. W rdzeniu kręgowym sygnał jest przesyłany do neuronu ruchowego, przechodząc do mięśni szkieletowych, dzięki czemu umów. Fizjologia transmisji nerwowo-mięśniowej jest zwykle opisane poszczególne wydarzenia jako opóźnione reflex łuku. Na przykład, jeśli nie jest to postrzeganie receptorów stymulujących, ten czas jest określany jako zaburzenia impulsu nerwowego zaderzhka- czuciowej lub neuronów ruchowych nerwu zdefiniowany jako opóźnienie, przekazywania impulsów nerwowych przez synapsy czuciowego neuronu do neuronów ruchowych - zarówno synaptycznej opóźnienia.

Zmniejszenie mięśni rozpoczyna wzbudzenia włókien mięśniowych działania potencjału błonowego propagacji wewnątrz mostki poprzeczne włókien i aktywacja - miozyny wiązania do filamentów aktynowych. Okres ten nazywany jest elektromechaniczny opóźnienie. Następnie, w mięśniu tworzy napięcie przesuwając aktyny i miozyny włókien w stosunku do siebie. Zazwyczaj rozwój napięcia towarzyszy skrócenie długości mięśni. Okres ten nazywany jest wytwarzanie energii opóźnienie.

Niektóre z tych opóźnień, takich jak czuciowych lub synaptycznych bardzo krótkie (kilka milisekund) i może być praktycznie pomijane, podczas gdy inne, takie jak opóźnienia opóźnieniem do włókien dłuższe i bardziej dziesiątek milisekund. Szybkość impulsów nerwowych silnie zależy od wielkości zwierzęcia. Im większa zwierząt, tym dłuższy nerwowy włóknem nerw już włókna, tym dłuższy jest czas na sygnał.

Dokładność tej reakcji zależy od gęstości włókien nerwowych i mięśniowych w organizmie. Jeśli zwierzę nie więcej receptorów nerwów na jednostkę powierzchni, można dokładniej ustalić razdrazheniya- źródła i podobne, jeśli jest więcej włókien mięśniowych, zwierzę może wystąpić mały ruchliwości. W ten sposób dokładność reakcji zależy także częściowo od rozmiarów ciała, a raczej od jej objętości. Jeśli porównać dwa zwierzęta, długość ciała zmienia się dwukrotnie objętość większą zwierzęcia jest osiem razy większa, a zatem osiem razy więcej włókien nerwowych konieczne jest unerwienia tkanek.

Zwierzęta zawsze trzeba znaleźć kompromis między szybkością i dokładnością odpowiedzi, a problem ten nasila się wraz ze wzrostem wielkości zwierzęcia. Prędkość włókien nerwowych, w zależności od ich wielkości, im większa średnica sygnał jest przeprowadzane szybciej. Ale jeśli średnica włókna wzrasta, to nieuchronnie doprowadzi do spadku ich liczby, a tym samym zmniejsza dokładność reakcji. Naukowcy obliczyli, że jeśli słoń miał taką samą dokładność i szybkość reakcji, jak ryjówka, jego nerw kulszowy powinien mieć średnicę około 30 metrów!

Badanie to odruch rozciągający żyrafę autorzy mierzona szybkość sygnałów nerwowych nerwu kulszowego, co unerwia mięśnia brzuchatego łydki (fig. 2). Przez stymulowanie nerwów, że nakręcony na aktywność elektryczną (EMG) mięśnia, elektrokardiograficznych. Ponadto, elektryczne pobudzanie sam mięśni łydki, badane kształtowaniu siły mięśni. Elektrod wszczepionych w znieczuleniu zwierzęcia podczas eksperymentu zwierzę obezdvizheno- podczas eksperymentu sterować serca, ciśnienie krwi, temperatury ciała i niektóre inne wskaźniki normalnego życia. Po eksperymentów elektrofizjologicznych, zwierzę, niestety, zginął ponieważ konieczne było przeprowadzenie badań histologicznych - autorzy rozważyć liczbę i wielkość włókien nerwu kulszowego. Autorzy podkreślają, że wszystkie osiem zwierząt wykorzystywanych do badań, badane dalej przez wielu ekspertów pracujących nad zupełnie innym projektem. Pozostaje się pocieszyć faktem, że żyrafy nie służył nauce dla pełnego programu.

Co jest pokazane przez eksperymenty? Szybkość przewodzenia nerwu kulszowego sygnału wynosiła średnio 50 metrów na sekundę. Dla porównania, średnia prędkość szczura impulsu wynosi 59 metrów na sekundę, to jest z sygnałem prędkości i szczur żyrafa zasadniczo równe. Jak długo trwa sygnał przekazywany jest z receptorów skóry na nerwach czuciowych w rdzeniu kręgowym? Obliczenia pokazują, że odległość (żyrafa średni wymiar wynosi 2,3 m) wystaje poza impuls 46 ms. Wartość ta jest wyższa niż w przypadku innych ssaków lądowych.

Wyniki badań wykazały również, że opóźnienie elektromechaniczne (przenoszenia pędu włókna mięśniowego) i opóźnia wytwarzanie energii jest również bardziej żyrafy niż w mniejszych zwierząt. Elektromechaniczny opóźnienia był trzy razy większy niż w przypadku szczurów i energii opóźnienie - około dwa razy więcej niż u szczurów. Biorąc pod uwagę dane eksperymentalne, autorzy obliczane jak szybko żyrafa może reagować na nierównym podłożu. Po stymulacji receptorów na łydkowym operacji ścięgna odruchu trwa około 100 ms. Około 4% od tej chwili mają sensoryczne synaptycznej opóźnienia, 16% - o trzymając mięśni sygnału nerwowego, 22% - do przeprowadzenia sensoryczne sygnał nerwów, 13% - trzymając na sygnał włókien mięśniowych i prawie 45% - generowanie siły mięśni (fig. 3).

Ilość aksonów w nerwie kulszowym żyrafy wynosiła około 100 000 Dla porównania, mysz ta liczba jest 4000, pies - 23 500. Jeśli wziąć pod uwagę stosunek ilości włókien do wielkości ciała żyrafa leży w zakresie badanych zwierząt. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę stosunek włókien do masy ciała, okazuje się inny obraz. Jeśli żyrafa miała taką samą liczbę włókien na jednostkę masy jak szczur, wziąłby ponad 5,6 miliona włókien w nerwu kulszowego, czyli 50 razy więcej niż została zmierzona przez wyniki badań histologicznych.

Tak, jak sugeruje autor, żyrafy potrzebują więcej czasu dla sygnału niż mniejszych zwierząt. Ponadto żyrafy mniej precyzyjne reaktywne niż mniejszych zwierząt. Oznacza to, że żyrafy mogą jeszcze szybciej i dokładniej postrzegają bodźce z receptorów skóry i reagowania na nie. Ale to nie przeszkadza im z powodzeniem przetrwać w afrykańskiej sawannie i konkurować z innymi zwierzętami.