Kāpēc skudras un citi kukaiņi ir tik spēcīgi?

Skaties skudras cieši uz jebkuru laika posmu, un jūs būsiet liecinieks dažiem ievērojamiem spēka varoņdarbiem. Sīkās skudras, kas soļo pa rindām, var izvilkt pārtiku, smilšu graudus un pat mazus oļus, kas daudzkārt pārsniedz to pašu izmēru atpakaļ uz savām kolonijām. Un tā nav ilūzija - pētījumi rāda, ka skudras var pacelt priekšmetus, kuru svars ir pat 50 reizes lielāks par viņu pašu ķermeņa svaru.

Atbilde uz to, kāpēc skudras vai jebkurš kukaiņš šajā jautājumā ir tik spēcīgas, slēpjas tās mazākajā lielumā. Tā ir fizika, vienkārša un vienkārša.

Lai saprastu milzīgo fizisko skudras stiprums, vispirms ir jāizprot daži fiziski pamatprincipi par to, kā lielums, masa un izturība ir saistīti:

• Muskuļa spēks ir proporcionāls tā šķērsgriezuma virsmas laukumam.
• Tāpēc virsmas laukums ir divdimensiju mērījums, un to mēra saskaņā ar kvadrāts no tā garuma.
• Dzīvnieka lielumu un masu, no otras puses, nosaka pēc tilpuma. Tilpums ir trīsdimensiju mērījums, un to aprēķina, reizinot trīs dimensijas.

Galvenais šeit ir atzīt, ka dzīvnieka svars ir saistīts ar tā tilpumu, kas ir trīsdimensiju mērījums, ko iegūst, aprēķinot kubisko izmēru. Bet muskuļa spēks, no otras puses, ir divdimensiju mērījums, ko iegūst, reizinot tikai divus skaitļus, garumu pēc platuma. Neatbilstība šeit rada atšķirību relatīvajā stiprumā starp lieliem un maziem dzīvniekiem.

Lielākiem dzīvniekiem daudz lielāks apjoms un masa nozīmē, ka muskuļu spēkam jābūt daudz lielākam, lai saglabātu tādu pašu spēka līmeni attiecībā pret ķermeņa svaru. Lielākiem dzīvniekiem muskuļiem ir arī papildu slodze, pārvietojot lielāku ķermeņa tilpumu un masu kopā ar jebkuru paceļamo priekšmetu.

Nelielai skudrai vai citam kukaiņam ir stiprības priekšrocības, jo lielāka ir virsmas un tilpuma un masas attiecība. Skudru muskuļiem ir diezgan maza slodze, kas nepieciešama, lai paceltu savu ķermeni, atstājot daudz muskuļu spēka citu priekšmetu pārvietošanai.

Tam pievieno faktu, ka kukaiņa ķermenis ir viegls attiecībā pret tā tilpumu, salīdzinot ar citiem dzīvniekiem. Strukturāli kukaiņiem nav iekšējo skeletu, tāpat kā mugurkaulniekiem, bet tiem ir ciets eksoskeleta apvalks. Bez iekšējo kaulu svara kukaiņu svars var ietvert lielāku muskuļu daudzumu.

Skudras ir kukaiņi, kurus mēs visbiežāk novērojam, paceļot smagus priekšmetus, taču tie ir tālu no spēcīgākajiem kukaiņu pasaules locekļiem. mēslu vabole (Onthophagus taurus) ir zināms, ka tas paceļ svaru līdz pat 1 141 reizes virs paša ķermeņa svara - slodzes, kas līdzvērtīga cilvēka celtajam apmēram 180 000 mārciņu.