Главная Программирование

Живая резина

Живая резина

 

Эластичные вещества вроде резины входят в состав человеческого тела, а также многих животных. Природа на многие миллионы лет предвосхитила изобретение человеческого гения, создав вещества, способные запасать энергию. К сожалению, идеальных аккумуляторов не бывает. Не вся запасенная при растяжении или сжатии эластичного материала энергия может быть впоследствии высвобождена для механической работы. Часть ее рассеивается в виде тепла. Чем меньше тепловые потери, тем выше коэффициент полезного действия упругого аккумулятора энергии.

 

В теле насекомых и других членистоногих животных встречается очень интересный белок — резилин. Подобно резине, он обладает очень высокой упругостью. В честь нее вновь открытый белок и получил свое название. Его резильянс, то есть коэффициент полезного действия, 97 процентов. Это очень много. Только три процента энергии теряется в виде тепла. Даже резильянс лучших сортов резины не превышает 91 процента. Если резилин на несколько недель оставить в растянутом состоянии, он не потеряет способности мгновенно восстанавливать свою первоначальную величину. Многие летающие насекомые пользуются во время полета энергией, аккумулированной с помощью этого замечательного вещества. Они отчасти напоминают летающие модели самолетов с резиновыми моторчиками, только в резиновом моторчике энергия запасается сразу .на весь путь, а насекомые во время полета с помощью резилина беспрерывно то возобновляют, то расходуют ее запасы.

 

Насекомые — первые живые существа нашей планеты, научившиеся летать. Среди них есть настоящие рекордсмены, способные самостоятельно, не прибегая к услугам ветра или токов воздуха, подниматься на несколько сот метров и совершать тысячекилометровые путешествия. Некоторые из них прилетают к 'нам весной из Южной и Западной Европы и даже из Африки. При этом насекомые способны развивать значительную скорость. Слепень златоглазик может лететь со средней скоростью 2 километра в час, пчела 10 километров в час, саранча — 12, а крупные бабочки-бражники даже 55.

 

Крылья насекомых, как подъемный механизм, менее совершенны, чем винт самолета. Работа пропеллера целиком используется для полета, тогда как крыло саранчи тратит на это лишь 65 процентов производимой работы. 35 процентов слишком большая потеря. Насекомые, конечно, не смогли с ней смириться. Для компенсации этих потерь и используется резилин. Его крохотные комочки находятся у основания крыльев саранчи, мух и многих других летающих насекомых. Они используются как амортизаторы. Когда крыло доходит до крайнего положения, оно тормозится, сжимая резилин. Затем резилин расправляется, сообщая крылу ускорение, отдавая при этом 97 процентов энергии, затраченной на сжатие. Используется принцип резинового мяча. Крыло, дойдя до упора, «подпрыгивает», словно мячик. В армиях древних народов использовали метательные машины, катапульты и баллисты, способные бросать на несколько сот метров тяжелые камни, заостренные на конце, окованные железом бревна или бочки с горящей смолой. Принцип действия этих машин тот же, что у охотничьего лука или рогатки. Даже один человек способен был привести в боевую готовность метательную машину. В нужный момент вся накопленная энергия разом высвобождалась, и огромный камень летел на врага.

 

Прыгающим животным: кенгуру, антилопам, тушканчикам, лягушкам — приходится метать в воздух собственное тело. Их длинные задние прыгающие ноги, действуя как сложные рычажные устройства, позволяют совершать прыжки.

 

Еще более способные прыгуны — насекомые. Они могут совершать прыжки в вышину, которые в 100 и более раз превосходят длину их тела. Только недавно ученым удалось разгадать секрет их рекордов. Оказалось, они используют принцип катапульты. Мощность, развиваемая мышцами насекомых, в 10 и более раз выше мощности, на которую способны мышцы позвоночных животных.

 

У основания задних конечностей блохи, например, лежит эластичная подушечка, состоящая из резилина. Приготавливаясь к прыжку, насекомое поднимает задние ноги и сжимает резилин. Затем специальный механизм освобождает ноги, и они за счет упругой силы резилина отталкивают блоху от земли, и насекомое стремительно взлетает вверх. Резилин мгновенно распрямляясь, способен развить гораздо большую мощность, чем мышцы, вызвавшие его сжатие.

 

Позвоночные животные используют другой белок — эластин. Он освобождает их от необходимости тратить много сил, действуя на манер дверных пружин. Подобные пружины, удерживающие части тела в заданном положении, имеются у многих животных.

 

Рост взрослого жирафа более пяти метров. Длинная изящная шея поддерживает небольшую голову. Те, кому посчастливилось видеть этих животных, безусловно, обратили внимание на грациозность их движений. Совершенно ясно, что жираф не чувствует тяжести своей головы, а ее вес вместе с шеей немал. Еще больше усилий требуется, чтобы удержать на горизонтально вытянутой шее тяжелую голову быка или оленя, нередко украшенную огромными рогами. В действительности животные на это не затрачивают почти никакой энергии. У копытных голова удерживается выйной связкой, которая одним концом прикреплена к черепу и шейным позвонкам, другим — к позвонкам грудного отдела позвоночника. Как ни странно, лошадь затрачивает больше энергии на то, чтобы нагнуть голову, чем для того, чтобы поднять и удержать ее в обычном положении. Это объясняется тем, что, нагибая голову, животному приходится произвести работу — растянуть выйную связку. Поднимает же голову лошадь за счет потенциальной энергии, запасенной при растяжении эластина.

 

Еще более важную роль выполняет эластин, входящий в состав стенок кровеносных сосудов позвоночных животных и человека. Известно, человеческое сердце сокращается свыше 70 раз в минуту и толчками гонит кровь в сосуды. Однако если изучить движение крови в более отдаленных районах кровеносной системы, то станет ясно, что по артериолам и капиллярам она течет не толчками, а почти с постоянной скоростью. Благодаря этому ткани более равномерно снабжаются кислородом и оберегаются от беспрерывных толчков, особенно опасных для нежных клеток мозга. 70 толчков в минуту, 4 тысячи в час, почти 100 тысяч в сутки, 37 миллионов толчков в год определенно расшатали бы нервную систему. Кроме того, если жидкость течет по сосудам равномерно, организм сберегает массу энергии на ее проталкивание по узким руслам.

 

Обеспечивает равномерное движение крови по сосудам эластин. Когда сердце сокращается, кровь растягивает стенки крупных артерий, особенно сильно стенку грудной аорты, и в эластине накапливается значительное количество потенциальной энергии. В интервалах между сердечными сокращениями эластин, сжимаясь, гонит запасенную кровь в капилляры.

 

Моллюски пользуются пружинами, чтобы держать свои створки открытыми. Кому приходилось летом бывать на берегу наших северных мелководных озер с мягким илистым грунтом, тот, вероятно, обращал внимание на длинные извилистые следы, оставленные на дне после многодневной безветренной погоды. Это ползали по илу довольно крупные двустворчатые моллюски — беззубки.

 

С нашей беззубкой знаком каждый. Все остальные двустворчатые моллюски, а их на земле очень много, по своему строению полностью на нее похожи: у всех раковины состоят из двух половинок. Размер раковины у разных видов очень различен, от 2—3 миллиметров до огромных полутораметровых створок гиганта тропических морей — тридакны.

 

Обычно раковина моллюска всегда чуть-чуть приоткрыта, ровно настолько, чтобы вода, несущая кислород и пищу, свободно туда попадала или сам моллюск мог слегка выглянуть в образовавшуюся щель. Закрываются створки с помощью расположенного внутри мощного мускула. Створки раковины беззубки легче сломать, чем открыть, не перерезав запирающий мускул, настолько он силен. Для открывания створок нет специального мускула. Оно осуществляется пассивно за счет эластичных свойств наружной и внутренней связок.

 

Главный открыватель — внутренняя связка. Когда створки закрываются, она сжимается, а как только замыкательный мускул ослабляет свое усилие, раковина приоткрывается. Процесс этот медленный, занимает несколько минут. Дело в том, что материал связки не первого сорта. Да и функция ее несложна. Только у гребешков пружина более совершенна, так как состоит из сократимого белка абдуктина, что в переводе с латинского означает отводящий. Его упругие свойства близки к резине. Отличная внутренняя связка позволяет этому моллюску передвигаться особым удивительным образом, никем из его собратьев не освоенным. Почти все без исключения виды гребешков умеют плавать или, вернее, прыгать, используя реактивную силу воды, выталкиваемой из мантийной полости двумя сильными струями,чтобы создать в мантийной полости достаточно высокое давление воды, моллюск быстро, до трех раз в секунду, открывает и захлопывает свою раковину, делая каждый раз полуметровый прыжок. При этом, как и у остальных двустворчатых моллюсков, захлопывает раковину мускул, а открывается она автоматически, за счет упругих свойств абдуктина.

 

Способность быстро передвигаться — немаловажное приобретение для гребешков. Оно не только спасает их от хищников: морских звезд и осьминогов, но

 

позволяет совершать значительные миграции. Летом откочевывать с мелководий в более прохладные районы океана.

 

Животные широко используют вязко-упругие жидкости. Актинии относятся к числу наиболее примитивных животных. По существу, это мешок, наполненный водой. Стенки актинии состоят из двух слоев клеток и студенистого вещества — мезоглии, находящейся между ними. Meшок имеет лишь одно отверстие — рот — узкую щель, снабженную особым реснитчатым аппаратом. Реснички гонят воду внутрь актинии и, создавая в ее полости небольшое давление в 0,1—0,6 сантиметра водного столба, медленно и постепенно растягивают вязкое тело. Быстро надуться актиния не может. Чтобы за короткий отрезок времени растянуть мезоглию, потребовалось бы создать давление во много раз большее, а это с помощью ресничек сделать невозможно. Когда реснички прекращают свое движение, актиния так же медленно приобретает свой обычный вид. Это вступают в действие упругие свойства мезоглии.

 

Упругими жидкостями широко пользуются позвоночные животные и человек. Все суставные сумки у них заполнены синовиальной жидкостью. Она находится там для смазки. Не будь ее, суставы быстро бы снашивались, требовали бы на преодоление трения больших усилий и сильно нагревались. От всего этого и спасает нас синовиальная жидкость.

 

По своему составу и вязкости она сходна с плазмой крови. Кроме того, в ней находится полисахарид — вещество, имеющее длинные молекулы. Благодаря ему синовиальная жидкость и обладает упругими свойствами. Проверить это нетрудно, произведя несложный опыт. Если на стекло капнуть водой, а сверху поместить выпуклую линзу, придавив ее грузом, то линза без труда будет прижата к стеклу. Прижать линзу к капле глицерина можно, но на это придется затратить некоторое время. Синовиальная жидкость не позволяет вплотную прижать линзу. Между ней и стеклом всегда будет оставаться тонюсенький слой жидкости, тем меньший, чем значительнее груз. Но самое интересное, если груз снять, линза приподнимается. Это сказываются упругие свойства синовиальной жидкости. Они делают ее идеальным смазочным веществом, так как между трущимися поверхностями суставных хрящей всегда остается слой жидкости. Если еще учесть их особое устройство, то станет понятным, почему мы практически не ощущаем трения в наших суставах. Дело в том, что суставные хрящи имеют пористое строение и все пропитаны синовиальной жидкостью, которая при давлении на суставы выжимается в межсуставные щели, увеличивая толщину смазывающего вещества.

 

Эластичные вещества — живая резина — играют огромное значение в жизни животных. Они совершенно необходимы для работы двигательных органов. Без них невозможно было бы быстро бегать, летать и высоко прыгать.

 


 Б. Федоров

 

 "Юный натуралист", №02, 1975 г.

 


^ Наверх



Главная Программирование