Кесірткелер судың үстімен қалай жүгіре алады

Жануарлар әлемі өмір сүрудің ең әртүрлі жағдайларына бейімделудің таңғажайып мысалдарын көрсетеді. Табиғаттың кейбір жаратылыстары физика заңдарын бұзатын және іс жүзінде фантастикалық болып көрінетін қабілеттерге ие. Осындай таңқаларлық құбылыстардың арасында жекелеген бауырымен жорғалаушылар түрлерінің суға батпай су бетінде қозғалу шеберлігі ерекше орын алады. Бұл қабілет анатомиялық ерекшеліктердің, қозғалыс биомеханикасының және сұйықтықтың физикалық қасиеттерінің күрделі өзара әрекеттесуіне негізделген. Мұндай қозғалыс механизмдерін зерттеу ғалымдарға табиғаттағы қозғалыс принциптерін жақсырақ түсінуге және тіпті оларды робототехникада қолдануға көмектеседі.

Су бетінде жүгіре алатын кесірткелер түрлері

Барлық бауырымен жорғалаушылар бұл керемет талантқа ие емес. Ең танымал өкілі Орталық Американың тропикалық ормандарында тіршілік ететін дулығалы василиск кесірткесі болып табылады. Жергілікті тұрғындар оны су айдынында әріден жүру қабілеті үшін «Иса кесірткесі» деп атаған. Ересек дараның мөлшері құйрықпен бірге 60-80 сантиметрге жетеді, ал массасы шамамен 200 грамды құрайды.

Василисктен басқа, ұқсас дағдыларға кейбір басқа түрлер ие:

• Мексикадан Колумбияға дейін ылғалды ормандарды мекендейтін жасыл василиск;
• ұқсас биотоптарда кездесетін жолақты василиск;
• жыртқыштардан құтылу кезінде аналогиялық мінез-құлық көрсететін Оңтүстік-Шығыс Азиядан агамалардың жекелеген түрлері.

Барлық осы түрлерді су қоймаларына байланыстылық және қауіптен жылдам құтылу қажеттілігі біріктіреді.

Анатомиялық ерекшеліктер

Су бетінде қозғалу қабілеті аяқ-қолдардың арнайы құрылысымен қамтамасыз етіледі. Василисктің артқы лабалардың саусақтары ұзын саусақтары мен арнайы қабыршақтары бар бірегей конструкцияға ие. Әрбір саусақтың шеттері бойынша өзіндік бахрома құрайтын тері өсінділері орналасқан. Бауырымен жорғалаушы құрлықта болған кезде бұл қатпарлар саусақтарға тығыз қысылып, байқалмайды.

Сумен жанасу кезінде мынадай жағдай орын алады:

1. Тері қатпарлары желпуішеге ұқсас ашылып, әрбір саусақтың тірек бетінің ауданын шамамен екі есе ұлғайтады. Бұл сумен үлкенірек жанасу жасайды және лабаның сұйықтыққа соққысы кезінде көтеру күшін генерациялауға көмектеседі.
2. Саусақтар арасында тірек бетімен жанасу ауданын қосымша кеңейтетін жұқа қалқандар керіледі. Бұл мембраналар табиғи жүзбе қалақтарға ұқсас әрекет етіп, әрбір қозғалыста үлкенірек су көлемін ұстайды.
3. Артқы аяқ-қолдардың бұлшықеттері алдыңғыларға қарағанда айтарлықтай күштірек дамыған, бұл қажетті жиілікте қуатты итергіштерді қамтамасыз етеді. Арнайы бұлшықеттер денені бет үстінде ұстау үшін жеткілікті күш жасап, секундына 20-ға дейін қадам жасауға мүмкіндік береді.

Алдыңғы лабалар жүгіруге ең аз қатысады, негізінен теңдестіру үшін қызмет етеді. Ұзын құйрық қарсы салмақ пен бағыт рөлін атқарып, жедел жүгіру кезінде тепе-теңдікті сақтауға көмектеседі.

Қозғалыстың физикалық принциптері

Су бетінде жүгіру қабілетінің құпиясы жылдамдықтың, соққы күшінің және сұйықтықтың бетіндегі керілудің ерекше үйлесімінде жатыр. Кесірткенің лабасы суды ұрған кезде саусақтар мен су беті арасында ауа қалтасы жасалады. Бұл ауа көпіршігі бір сәтке тірек болып, аяқ-қолдың су қалыңдығына түсуіне жол бермейді.

Жүзу механизмі бірнеше құрамдас бөліктерді қамтиды:

• судың беттік керілуі лабаның тереңдікке енуіне қысқа мерзімді қарсылық көрсететін серпімді қабықша жасайды;
• аяқ-қолдың жылдам қозғалысы оның астында ұшақ қанатының әрекетіне ұқсас принцип бойынша көтеру күшін тудыратын төмендетілген қысым аймағын қалыптастырады;
• су массасынан итеру лаба тіректі жоғалтатындай терең батуға үлгермеген сәтке дейін жүреді.

Жылдамдық табыстың маңызды факторы болып табылады. Василиск беттен қалу үшін кемінде секундына 1,5 метр дамытуы керек. Төменірек жылдамдықта физикалық күштер дене салмағын судың үстінде қолдауға жеткіліксіз болады және бауырымен жорғалаушы батып кетеді. Қысқа қашықтықта тіркелген максималды жылдамдық сағатына шамамен 12 километрді құрайды.

Қозғалыстың биомеханикасы

Су айдынында жүгіру техникасы әдеттегі жердегі қозғалыстан елеулі түрде ерекшеленеді. Кесіртке тек артқы аяқ-қолдарына сүйеніп, денесінің іс жүзінде тік қалпын қабылдайды. Ауырлық центрі артқа ығысады, бұл лабалардың суға соққы күшін максималды етуге мүмкіндік береді. Әрбір қадам екі фазаны қамтиды — батыру және итеру.

Бір лабаның қозғалыс циклі келесідей жүреді:

1. Лабаның бетке күрт соққысы суда тереңдік жасайды және саусақтардың айналасында ауа қалтасын құрайды. Осы сәтте жоғары және алға бағытталған тіреудің максималды реакция күші дамиды.
2. Итеру тізе мен өкше буындарында аяқ-қолдың түзелуінің арқасында жүреді. Аяқтың қуатты бүгілуі кесірткенің денесін алға және жоғары лақтырып, судың үстінде қысқа ұшу фазасын қамтамасыз етеді.
3. Лабаны судан алу аяқ-қол тым терең батуға үлгермей тұрып жүруі керек. Аяқты уақытында көтеру қарсылықты азайтады және келесі қадамға энергияны сақтауға мүмкіндік береді.

Қозғалыстардың үйлесімділігі ерекше дәлдікті талап етеді. Екі артқы лаба да қарапайым жүгіру кезіндегідей қарама-қарсы фазада жұмыс істейді, бірақ әлдеқайда жоғары жиілікпен. Құйрық теңдестіруге белсенді түрде қатысып, жағынан жаққа толқын тәрізді қозғалыстар жасайды және қозғалыс траекториясын түзетуге көмектеседі.

Шектеулер және жасқа байланысты ерекшеліктер

Су бетінде жүгіру қабілеті барлық дараларға бірдей қолжетімді емес. Жас василисктер дене массасының аздығына байланысты бұл қабілетті ересектерден жақсырақ көрсетеді. Салмағы шамамен 2 грамм болатын жас кесірткелер су бойынша 20 метрге дейін жүріп өте алады, ал ірі ересек еркектер әдетте 4-5 метрден кейін батады. Жасқа байланысты массаның тірек бетінің ауданына қатынасы нашарлайды, бұл жүзуді барған сайын энергия шығынды етеді.

Сыртқы факторлар да маневрдің сәттілігіне әсер етеді:

• судың температурасы оның тығыздығы мен тұтқырлығын анықтайды, суық сұйықтық жақсырақ тіректі қамтамасыз етеді;
• беттің толқыны лабалардың астында тұрақты ауа қалталарын жасауды қиындатады;
• қозғалыстың жоғары жылдамдығын қолдауға үлкен энергетикалық шығындар салдарынан шаршау тез жиналады.

Орташа мөлшердегі кесіртке жүріп өте алатын максималды қашықтық сирек 15-20 метрден асады. Содан кейін бауырымен жорғалаушы не қарама-қарсы жағаға жетеді, не суға батып, жолды жүзіп жалғастырады. Барлық василисктер керемет жүзушілер болып табылады және судың астында 30 минутқа дейін қала алады.

Эволюциялық маңызы

Су айдыны бойынша жүгіру қабілетін дамыту нақты экологиялық жағдайларға бейімделудің тамаша мысалын білдіреді. Василисктер қалың тропикалық ормандардағы өзендер мен ағындар маңында өмір сүреді, онда көптеген жыртқыштар жерде де, суда да аңшылық жасайды. Су кедергілерін тез өту шеберлігі тірі қалуда елеулі артықшылық береді. Құстар, жыландар және сүтқоректілер қашып бара жатқан кесірткенің соңынан су қоймасы арқылы осындай тәсілмен ере алмайды.

Бұл қабілет тек қауіптен құтылу үшін қолданылады, аңшылық немесе күнделікті қозғалыс үшін емес. Бауырымен жорғалаушылар ағаштар мен бұталар бойымен қозғалуды жөн көреді, тек тамақтану үшін жерге түседі. Қауіп жақындағанда василиск бірден орнынан жүгіріп, ең жақын су қоймасына жедел ұмтылады, онда өзінің бірегей талантын көрсетеді.

Осы құбылыстың биомеханикасын зерттеу инженерлерге су бетінде қозғала алатын роботтарды жасауға шабыттандырады. Василиск кесірткелерінің қозғалыс принциптері негізінде бірнеше прототиптер әлдеқашан әзірленді. Табиғи механизмдерді түсіну көлік және робототехника саласында технологиялық инновациялар үшін жаңа мүмкіндіктер ашады. Эволюция адамзат технологиялары пайда болғанға дейін су бойынша қозғалу мәселесін шешудің тиімді жолын жасады және табиғи үлгілерді мұқият зерттеу ғылым үшін құнды ашылулар әкелуді жалғастыруда.