Координируемая работа мышц

Особенности движения амфибий

Жданова Т. Д.

Движение земноводных, как и всех других животных, обеспечивает как их перемещение в пространстве, захват пищи и другие индивидуальные действия, так и взаимодействие с другими особями при репродуктивном и социальном поведении. Всем без исключения организмам даны специальные органы, а также многочисленные целесообразные устройства для осуществления двигательных процессов.

Управляемая костно-мышечная система

Позвоночные животные, в том числе земноводные, для передвижения в пространстве, а также движения отдельных частей тела и органов наделены превосходно укомплектованной всем необходимым, управляемой и четко координируемой костно-мышечной системой. Такой сложный опорно-двигательный аппарат представляет собой единый комплекс, состоящий из костей, суставов, связок, мышц, их нервных образований, анализаторов и т.п. Многочисленные звенья подвижно соединены в суставах, поэтому допускают поворот одного звена относительно другого, причем осей поворота может быть до трех. Соответственно, они обладают одной, двумя и тремя степенями свободы и придают телу высокую подвижность, гибкость и маневренность.

Прочную основу тела и защиту организма от повреждений осуществляет скелет. К его костям прикрепляются поперечно-полосатые мышцы, которые, благодаря целесообразно расположенным в них нервным окончаниям, управляются центральной нервной системой с помощью двигательного анализатора. Согласованная деятельность всей мускулатуры тела позволяет осуществлять многочисленные и разнообразные движения. При передвижении в пространстве (например, ходьба, бег, плаванье, ползанье, прыжки) и даже при стоянии и сидении опора тела требует активного напряжения мускулатуры.

Двигают тело, натягивая «рычаги» костей скелета, поперечно-полосатые мышцы. Они осуществляют внешние движения туловища, головы, конечностей, языка амфибий, в том числе все произвольные поведенческие действия. А гладкие мышцы удерживают внутренние органы и обеспечивают их непроизвольные движения. Они образуют, например, мускулатуру стенок кровеносных сосудов, пронизывают ткани внутренних органов и кожи. Что самое удивительное, все богатство движений живых существ обеспечивается тем единственным, чем наделена мышечная ткань – способностью сокращаться. Происходит это под влиянием электрического или химического раздражителя. А поскольку растягиваться и толкать вперед мышца не «умеет», то должна постоянно работать только с «напарницей». Например, существуют верхняя и нижняя мышцы предплечья. Когда сокращается одна из них – конечность идет вверх, а когда сокращается другая – вниз. Этим обеспечивается сгибание и разгибание, вытягивание и стягивание. Подобные парные мышцы-антагонисты действуют в противоположных направлениях. Они предназначены для создания тончайших синхронизированных комбинаций. И благодаря этому осуществляются самые сложные и точные движения.

Как протекает весь комплекс электрохимических процессов в мышцах при сокращении, ученые не знают. Однако известно, что коэффициент полезного действия мышц гораздо выше, чем этот коэффициент у двигателя внутреннего сгорания. Если бы удалось разобраться в сложном комплексе протекающих в мышцах процессов, системе управления и синхронизации, то был бы шанс создать невиданные по экономичности и своим возможностям двигатели и механизмы. И тогда рукотворные устройства смогли бы хотя бы в какой-то мере приблизиться по своим характеристикам к превосходным показателям мышц животных.

Координируемая работа мышц

Каким образом осуществляются зачастую проворные и ловкие движения амфибий? Как так называемая «система рычагов» четко и слаженно выполняет свою работу? Каким образом осуществляется координация такого, казалось бы, простого, но удивительно целенаправленного движения как, например, прыжок амфибии в точно рассчитанном направлении с приземлением в нужном месте? Некоторые из этих вопросов были рассмотрены выше, где отмечена важная роль зрительной системы в управлении движением. Не менее важна для этого и согласованная (скоординированная) работа определенных мышц. Они управляются импульсами (сигналами) из центральной нервной системы. Рождаются эти импульсы благодаря сложнейшим и взаимосвязанным действиям различных анализаторов. Так, зрительный анализатор через свой орган чувств – глаз, получает информацию из внешней среды. Он анализирует ее, используя врожденные и приобретенные опытом знания, и выдает в виде сигналов точный расчет для прыжка амфибии или хватательных движений ее передних лапок. В это время двигательный анализатор воспринимает и анализирует сигналы, идущие от мышечно-суставного аппарата. Они сообщают о направлении, величине и скорости совершающегося движения.

Существует множество примеров, подтверждающих способности многих земноводных к сложным манипуляционным действиям. Например, жабы, зачастую имеющие дело с перепачканными в грязи червями, хватают добычу за тот конец, который шевелится, а затем ловко протягивают ее между пальцами передних лап. Очищенного от прилипшей грязи червяка жабы отправляют в рот, а закончив трапезу, они «аккуратно» вытирают лапками свои губы. Трудно себе даже представить, какое огромное количество координируемых взаимодействий различных анализаторов, управляемых мозгом, здесь использовано. Удивительно, что в комплексе сложнейшего инстинктивного поведения животного учтены даже такие, казалось бы, незначительные для его жизнедеятельности возможности.

Возможности конечностей

Удивительно эффективные и целесообразные устройства представляют собой конечности земноводных. Они созданы для активной жизнедеятельности, как в воде, так и на суше, поэтому позволяют амфибиям двигаться во всех стихиях: прекрасно плавать, ползать, ходить и прыгать по земле и даже совершать перелеты по воздуху подобно планеристам. Передние конечности бесхвостых земноводных совсем не похожи на лапы других четвероногих. Их ногами никак не назовешь – лапки больше напоминают детские ручонки. Эти замечательные конечности земноводных помогают им не только плавать и передвигаться по земле, но и взбираться на деревья, рыть землю, строить гнезда и многое другое. Они обеспечены целым арсеналом вспомогательных средств, расширяющих возможности «системы рычагов». Это диски-присоски и железы, выделяющие липкую жидкость для прикрепления к различным поверхностям; мягкие подушечки, смягчающие удар при приземлении; жесткие «мозоли» для рытья; плавательные перепонки и многое другое.

Для передвижения амфибиям даны различные способы и устройства. Например, жабы в основном имеют короткие лапы и чаще передвигаются по земле очень небольшими прыжками или ходьбой. Характерной особенностью лягушек является обладание длинными задними лапами с перепонкой между пальцами. Эти лапы позволяют им прекрасно прыгать, плавать, лазит и даже скользить. Благодаря сильно развитой мускулатуре задних лап лягушка, резко отталкиваясь ими от земли, выпрыгивает высоко в воздух. А чтобы смягчить приземление, автоматически «срабатывает» механизм подачи в точку касания с землей передних лап, специально обустроенных мягкими подушечками. Такие замечательные устройства выводят бесхвостых амфибий в ряд чемпионов по прыжкам среди позвоночных, если учесть соотношение размера прыгуна с преодоленным расстоянием. Например, чернопятнистая квакша при длине 30 мм может прыгнуть в длину на полтора метра, а европейская прыткая лягушка в случае опасности способна даже совершить трехметровый прыжок.