Големи жирафи растеж затруднява отзивчивост

Всеки знае, че жирафите - най-високите сухоземни бозайници. Също така, не е тайна, че високи жирафи дава огромни предимства пред други тревопасни бозайници: жираф може да достигне листата по върховете на дърветата, където нито един от другите конкуренти не могат да достигнат. Но малко от нас в същото време отразява това, което носи неудобства за тези животни на високата им растеж.

По-специално, възниква въпросът: не пречи на жирафи дълги крайници, за да извършите сенсомоторното (невромускулната) контрол? Преместването на животното трябва да се наблюдава от неравности и бързо да реагира на тях. Скоростта на реакцията зависи на първо място от скоростта на нервните импулси, които се определя до голяма степен от размера на нервните влакна, и от друга страна, по отношение на точността на реакцията, което зависи от плътността и броя на нервните и мускулните влакна. (Точността на реакцията се разбере точността и прецизността на локализацията на отговор на стимул за този стимул).

Екипът на физиолози и зоолозите от университета Саймън Фрейзър (Саймън Фрейзър университет, Канада) и Университета в Орхус (Aarhus University, Дания) изучава подробно параметрите на движението на задните крайници на жираф. Тъй жирафи крайника почти два пъти по-дълъг от другите животни на същата маса, авторите предполагат, че необходимата за сигнална трансдукция в нервните и мускулните влакна време трябва да бъде два пъти по-дълго от размера и броя на влакна в животни подобно.

Времето, необходимо за отговор на стимул, зависи от броя на елементите т.нар рефлекс дъга. Reflex дъга - е пътят, изминат от нервни импулси в рефлекс на изпълнение refleksa- - стереотипната реакция на живия организъм на стимул, който минава с участието на нервната система. Един от най-простите рефлексни дъги, показани на фиг. 1. Сигналът от кожата рецептори върху крайната част предава на сетивни нерви в гръбначния мозък. В гръбначния мозък мотоневрони сигнал се предава, ще скелетната мускулатура, при което той се свива. Физиологията на невромускулната трансмисия обикновено се описва отделни събития като забавен рефлекс дъга. Например, когато има възприемането на рецепторите за стимулиране, този път е посочена като сензорни нервни импулси zaderzhka- сензорната или на двигателните неврони нерв определя като забавяне на предаването на нервните импулси през синапса на сетивен неврон на мотоневрони - както синаптичната закъснението.

намаляване на мускулите започва с възбуждане на мембрана акционния потенциал размножаване на мускулните влакна вътре влакна и активиране напречни мостове - миозин свързване с актин нишки. Този период се нарича електромеханична закъснение. След това, в мускула развива напрежение чрез плъзгане актин и миозин нишки спрямо друга. Обикновено развитието на напрежението е придружен от скъсяване на дължината на мускулите. Този период се нарича поколение мощност на забавяне.

Някои от тези закъснения, като сетивни или синаптичните много кратко (няколко милисекунди) и може да бъде на практика пренебрегнат, докато други закъснения, като например забавяне на влакна за по-дълги и по-десетки милисекунди. Скоростта на нервните импулси силно зависи от размера на животното. Колкото по-голяма животното, вече нервна влакнист- вече нерв влакно, колкото по-дълго е необходимо за сигнала.

Точност на реакцията зависи от плътността на нервни и мускулни влакна в тялото. Ако животното има повече нерв рецептор на единица площ, може по-точно определяне на източника razdrazheniya- и по подобен начин, ако има повече мускулни влакна, животното може да развие малка подвижност. Следователно, точността на реакцията зависи отчасти от размера на тялото, или по-скоро от неговия обем. Ако сравним двете животни, дължината на тялото варира два пъти обема на голям животното е осем пъти по-голям, а следователно и осем пъти повече нервни влакна е необходимо инервацията на тъкани.

Животните винаги трябва да се намери компромис между бързина и точност на отговор и на този проблем се задълбочава с увеличаване на размера на животното. Скоростта на нервните влакна зависи от техния размер: колкото по-голям диаметър, сигналът се извършва бързо. Но ако диаметърът на влакната да се увеличи, това неизбежно ще доведе до намаляване на техния брой и следователно намалява точността на реакцията. Учените са изчислили, че ако слон има същия точността и бързината на реакция, тъй като била заядлива, седалищния нерв му е трябвало да има диаметър от около 30 метра!

Проучване участък рефлекс жирафа на авторите измерват скоростта на нерв сигнал на седалищния нерв, който инервира гастрокнемиус мускул (фиг. 2). Чрез стимулиране на нерва, те заснет електромиограма (електрически мускулна активност, EMG) на. Освен това, електрически стимулиране на телешки се мускул, изследвани разработване мускулна сила. Електроди имплантирани в животното под анестезия, по време на експеримента, животното е obezdvizheno- време на експеримента също контролира пулс, кръвно налягане, ректалната температура и някои други показатели за нормален живот. След електрофизиологични експерименти, животински, уви, убит, тъй като е необходимо да се извърши хистологични изследвания - авторите считат броя и размера на влакната в седалищния нерв. Авторите подчертават, че всички осем животните, използвани за научни изследвания, проучени допълнително от редица експерти, които работят по съвсем различен проект. Остава да се утеши с факта, че жирафите са служили наука за пълната програма.

Това, което се вижда от експерименти? Провеждане скорост на седалищния нерв сигнал е равен на средно 50 метра в секунда. За сравнение, скоростта на средната плъх на импулса е 59 метра в секунда, т.е. на сигнала скорост и жираф плъх по същество равни. Колко време отнема да се предава сигнала от кожата рецепторите на сетивните нерви в гръбначния мозък? Изчисленията показват, че разстоянието (жираф среден размер е равен на 2,3 метра) пулс се простира отвъд 46 мсек. Тази стойност е по-висока от тази на другите сухоземни бозайници.

Резултатите от изследването показват също, че електромеханично забавянето (носещ инерцията на мускулните влакна) и забавя производството на енергия е по-жирафи, отколкото в по-малки животни. Електромеханична забавяне е три пъти по-голяма от тази на плъхове и генериране забавяне мощност - около два пъти повече, отколкото в плъхове. Като се има предвид експерименталните данни, авторите изчисляват колко бързо жираф може да реагира на неравен терен. При стимулиране на рецепторите на сурален операция на сухожилие рефлекс трае около 100 милисекунди. Около 4% от това време има сензорни и синаптичната забавянето, 16% - чрез провеждане на мускулна нерв сигнал, 22% - за провеждане на сетивен нерв сигнал, 13% - чрез провеждане на мускулните влакна сигнал, и близо 45% - за генериране на мускулната сила (фиг. 3).

Установено е, че броят на аксони в седалищния нерв на жирафа да бъде около 100 000. За сравнение, мишка, този брой е 4000, кучето - 23 500. Ако ние считаме, че съотношението на броя на влакна на размера на тялото, жирафа е в рамките на обхвата на изследваните животни. Но ако вземем предвид съотношението на фибри към телесното тегло, се оказва по-различна картина. Ако жирафът има същия брой нишки на единица маса като плъх, той щеше да вземе повече от 5,6 милиона влакна в седалищния нерв, т.е. 50 пъти повече, отколкото е била измерена с резултатите от хистологията.

Така че, като автор предполага, жирафи се нуждаят от повече време за сигнала от по-малките животни. В допълнение, жирафи по-малко прецизни реакция от тази на по-малки животни. Това означава, че все още може да жирафи бързо и точно възприемат стимули от кожни рецептори и да реагират на тях. Но това не пречи на тях доста успешно да оцелеят в африканската савана и да се конкурират с други животни.