Вода как способ передвижения

БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ: движение в воде

Рассмотрим под микроскопом каплю воды„взятую из какого-нибудь пруда. Мы почти наверняка увидим бесформенные полупрозрачные тельца, похожие на комочки не то слизи, не то грязи. Это простейшие одноклеточные животные — амебы. Приглядевшись внимательно, мы заметим, что они движутся. Вначале у амебы по ходу движения появляется выступ. Постепенно он растет, растягивается, и наконец в образовавшуюся выпуклость перетекает все тело амебы. Кажется, что они как бы шагают, подтягивая тело к переднему концу. Двигаются амебы медленно: чтобы проделать путь в несколько десятков сантиметров, им требуется чуть ли не целый час.

Трудно сказать, какой способ передвижения самый древний, самый примитивный — амебовидный или с помощью жгутиков. Простейшие животные — жгутиконосцы — имеют нитевидные выросты-жгутики. Во время движения каждый жгутик свободным концом описывает круговое движение и как бы ввинчивается в воду. При этом, двигаясь вперед, животное вращается вокруг своей длинной оси, как снаряд, выпущенный из нарезного орудия. У других простейших животных — инфузорий — тело в большинстве случаев окружено множеством ресничек. У инфузории-туфельки таких ресничек бывает до 14 000, и каждая из них работает как весло. Но, несмотря на такое огромное количество весел, скорость туфельки невелика: она едва проплывает пять метров за час.

Многоклеточные беспозвоночные, обитающие в морях и океанах, реках и озерах, освоили самые разнообразные способы передвижения. Морские черви, пиявки плавают, волнообразно изгибая тело. Такой способ плавания требует очень сильной мускулатуры. И на самом деле, пиявки могут подтянуть груз, в 1500 раз превышающий их собственный вес!

Многие водные беспозвоночные плавают с помощью рычагов-весел. Так плавают водяные жуки, водяные клопы, многие ракообразные. Чаще всего как весла используются ноги. Особенно интересно устроена пятая пара ног у плавающего краба. Суставы последних члеников этих ног расширены в виде лопасти весла. При заносе вперед членики сгибаются и не испытывают значительного сопротивления воды. А во время обратного движения нога выпрямляется и загребает воду как самое настоящее весло. У речного рака и омара веслом служит задняя часть «шейки». Подгребая под себя воду сильными хвостовыми лопастями, они плывут задом наперед.

Все, конечно, видели водных насекомых — водомерок, скользящих по поверхности воды, словно по льду. У них тело и лапки густо покрыты несмачивающимися волосками, и, хотя удельный вес водомерок больше единицы, сила поверхностного натяжения водной пленки легко удерживает их на поверхности. Если пинцетом погрузить насекомое в воду, то оно все покрывается серебристым слоем воздуха, а если разжать пинцет, то водомерка, как пробка, всплывает на поверхность. Для гребли она пользуется самыми длинными, средними, ногами, и за один толчок «весел» проскальзывает чуть ли не на четверть метра вперед.

Некоторые сифонофоры плавают «под парусами». Это группа кишечнополостных животных, сросшихся вместе и живущих как один организм. Высовывающийся над поверхностью воды пластинчатый гребень служит им парусом, а свисающие вниз щупальца длиной до 18 метров — килем. Скорость хода сифонофор «под парусами» не так уж мала: при ветре 6 баллов они проплывают около пяти километров в час. Во время шторма сифонофоры выпускают воздух из особых камер и опускаются в глубину.

Наиболее прогрессивный способ движения водных беспозвоночных — гидрореактивный. Считают, что простейшим реактивным двигателем обладают одноклеточные животные — грегарины. Они без видимых движений медленно скользят по воде. Долго недоумевали, как они движутся. Оказалось, что, выделяя из мельчайших отверстий на теле капли студенистого вещества, они отталкиваются от воды и таким образом продвигаются вперед.

Медузы тоже используют реактивный способ движения. У гидроидных медуз к нижнему краю зонтика прикреплена мускулистая перепонка. Попеременным расширением и сокращением ее медуза набирает под купол воду, а затем выталкивает ее наружу. При выталкивании воды она получает толчок и движется выпуклой стороной вперед. Толчки следуют один за другим через 5—6 секунд, и поэтому медуза плавает медленно. Подобие гидрореактивных двигателей имеют моллюски-гребешки, они плавают, или, вернее, прыгают в воде, хлопая створками раковины и выпрыскивая из-под них воду.

Более совершенный двигатель у личинок стрекоз. В минуту опасности они выбрасывают струю воды и быстрым скачком избегают преследования.

Признанные чемпионы по скоростному плаванию среди беспозвоночных животных — головоногие моллюски — кальмары. Они развивают скорость до 50 километров в час. Разогнавшись в воде, они могут взлетать над поверхностью моря на высоту 4—5 метров и пролетать по воздуху более 60 метров.

При движении кальмары пользуются самым совершенным гидрореактивным двигателем. Вода набирается в мантийную полость через отверстие, расположенное около головы. Мантия плотно запирается хрящевыми «запонками». Между ними на брюхе помещается воронка, сообщающаяся с мантийной полостью. Прижимая мантию к туловищу, кальмар с силой выталкивает набранную внутрь воду через переднее отверстие воронки и отталкивается от воды. Затем вновь происходит заполнение полости водой, новое сжатие мантии и новый толчок. Такие толчки, при быстром движении, повторяются до пяти раз в секунду! Плывет кальмар обычно хвостом вперед, управляя плавниками, расположенными в задней части тела. Изменив направление воронки, он может плыть головой вперед.

Головоногие моллюски наутилусы для всплытия и погружения пользуются системой гидростатических баллонов. Этот моллюск строит раковину, разделенную перегородками на несколько камер. Живет наутилус в последней, самой большой камере, а остальные наполнены газом и частично жидкостью. Перегородки посередине пронизаны сифоном — задним выростом тела животного. При подъеме к поверхности наутилус с помощью сифона наполняет камеры газом, вытесняющим воду, и раковина всплывает.

Донные беспозвоночные могут не только плавать, но и передвигаться по дну. Водные жуки, морские пауки, раки, крабы ходят и ползают по дну, точно так же, как сухопутные животные по земле. Пиявки и некоторые другие черви вытягивают передний конец тела, а затем подтягивают к нему остальную часть. Подобным образом двигаются многие моллюски. Они прикрепляются передней частью ноги-подошвы к грунту, а затем, сокращая мышцы, подтягивают тело и раковину вперед.

Наиболее интересные подводные пешеходы — морские ежи. У них помимо твердых игл имеется множество мягких полых отростков-ножек с присосками на концах. Передвигаясь, они вытягивают по ходу движения ножки, нагнетая в них воду. Когда ножки вытянутся на полную длину, еж присасывается ими к какому-либо предмету на дне, а затем затягивает воду из ножек внутрь. Ножки сокращаются и подтягивают морского ежа вперед. Потом ножки отцепляются, снова вытягиваются, присасываются, и весь цикл повторяется снова.

Таким же образом шагают по дну морские звезды, имеющие полые трубчатые ножки в каждом из пяти лучей. Понятно, что скорость иглокожих при таком способе движения невелика — они проползают за минуту не более 5—8 сантиметров.

Многие животные живут в грунте водоемов. Им тоже надо передвигаться, а это посложнее, чем плавать или ползать по дну. Черви и личинки многих насекомых пробираются в грунте, раздвигая головной частью ил или же заглатывая его и пропуская через кишечник. Подобным образом передвигается в земле и дождевой червь. Специальные копающие инструменты — иглы — есть у некоторых видов морских ежей. В зависимости от назначения иглы имеют различную форму. Передние, направленные по ходу движения, — острые и работают подобно бураву, а расположенные по бокам имеют форму ложечки и служат для откидывания грунта в стороны.

Наиболее оригинальным способом передвигаются в иле черви приапулюсы. Формой этот червь похож на огурец. На переднем конце расположено большое ротовое отверстие, через которое глотка может выворачиваться наружу. Глотка и тело покрыты рядами острых шипов, направленных назад. Внутри червя находится полость, наполненная жидкостью и занимающая более 60 процентов общего объема тела. Начиная движение, приапулюс с силой выбрасывает вперед глотку, которая раздвигает грунт. Затем червь раздувает выброшенную глотку, расширяя проделанный ход, и, подтягивая заднюю часть тела к передней, продвигается вперед. Шипы, покрывающие тело, заклинивают приапулюса в туннеле и не дают ему податься назад при выбрасывании глотки.

Источник

Вода как способ передвижения

С кем ты хочешь подружиться? Выбери героя, который будет помогать тебе учиться, узнавать новое и соблюдать питьевой режим!

Как вода путешествует по нашему телу

Когда ты выпил стакан воды, что происходит с ней дальше? Кажется, что она так быстро покидает организм! На самом деле, за это время она успевает совершить продолжительное путешествие и сделать очень много полезных дел. Каких? Давай разберёмся.

Изо рта вода попадает в желудок. Она помогает ему переваривать пищу, растворяя её, и забирает с собой питательные вещества, которые нужны организму.

Следующий пункт — кишечник. Через его стенки вода всасывается в организм и попадает в кровеносные сосуды, которые и служат для неё «транспортом». Перемещаясь по всему телу вместе с кровью, вода доставляет питательные вещества ко всем клеткам и органам. Клетки нуждаются в этих веществах так же, как мы — в пище. Когда мы хотим есть, нам сложнее сосредоточиться на учёбе и быть активными из-за чувства голода. Так же и с клетками: когда им не хватает питательных веществ, они голодают, и мы чувствуем себя хуже.

Вода помогает каждому процессу, который происходит в нашем организме. Например, мы даже не могли бы сгибать руки и ноги, если бы не вода! Наши кости свободно двигаются в суставах благодаря особенной структуре, которая вырабатывается в организме и не даёт внутренним органам и тканям тереться друг о друга. Как ты, наверное, уже догадался, без воды эта структура не образуется.

Вода питает клетки органов. Но это — не единственное её задание! Прежде чем покинуть организм, она забирает с собой растворимые отходы жизнедеятельности клеток. Что это такое? Каждый живой организм в процессе работы избавляется от ненужного, будь то человек, животное или клетка. Когда мы поедим, часть пищи усваивается организмом, а часть — выводится из него. Так же происходит и в клетке. Вода, циркулируя в организме, забирает у клеток то, что осталось в результате их жизнедеятельности.

Когда вода выполнила всю свою работу, она покидает наше тело. Большая её часть — примерно 1 литр каждый день — выводится через почки и мочевой пузырь. Примерно пол-литра воды мы выдыхаем вместе с воздухом, а ещё часть выходит через кожу, когда мы потеем, и через кишечник.

Теперь ты узнал, какие важные задания выполняет вода в нашем организме, чтобы мы были здоровы и чувствовали себя бодро. Старайся соблюдать питьевой режим, и клетки твоего организма никогда не будут голодать!

Источник

Физика в мире животных: как водомерки бегают по воде

Среди читателей Хабра, вероятно, нет людей, которые никогда не видели водомерок. Это очень распространенное семейство насекомых, которое включает около 1700 видов. Большинство — пресноводные, но есть и виды, которые живут на побережье морей и океанов.

Всю свою жизнь водомерки проводят на поверхности воды. Они передвигаются по ней так же просто, как обычные насекомые — по суше. Водомерки, по крайней мере, большинство видов — хищники. Они питаются мелкими организмами, но не боятся нападать и на более крупную добычу. Иногда ничего не подозревающий малек подплывает к поверхности водоема, и тут же в него всаживается «гарпун» — хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Но самое интересное в водомерке — ее способность бегать по воде. Каким образом это насекомое получило свою сверхспособность?

Физика и химия — друзья водомерок

В большинстве случаев водомерки держатся на воде благодаря, во-первых, наличию слоя водоотталкивающих жиров на тельце и конечностях, во-вторых, благодаря специальным волоскам на кончиках лапок.

Так, на задних лапках насекомых этих волосков очень много, их количество превышает 16 000 на мм 2 . На них водомерки опираются, они же служат рулевым механизмом. На средних и передних конечностях волосков тоже много, но не настолько. Волоски водомеркам приходится довольно часто приводить в порядок, поскольку если этого не делать, вода смочит тело водомерки и та утонет.

Предназначение волосков — создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки — это как раз воздушный «кокон» или, если угодно, воздушная подушка. На дне неглубокого водоема видна тень водомерки — и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные — это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки.

Кстати, китайские ученые обнаружили интересный факт — время от времени тень от ножки перестает быть четкой, и тогда водомерка прижимает ее к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество. После этой процедуры тень от конечности снова становится четкой.

Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды — она не может просочиться в столь малый объем. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок.

Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая ее. В результате водомерка движется вперед уже благодаря действию уже законов физики. Водомерка скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил.

Режим передвижения водомерок

Насекомые эти получили свое русское название из-за того, что передвигаясь, они как бы «меряют» пройденное по воде расстояние. Но, как оказалось, это лишь один режим передвижения водомерки — так она поступает, когда не испугана и не преследует жертву, а просто передвигается по поверхности воды.

Большинство видов попеременно опираются на три конечности, перемещая остальные три вперед, и повторяя этот цикл.

В моменты опасности или преследования добычи водомерка как бы втыкает в поверхность воды кончики средних лап, на которых не так много волосков, рулит задними, а передними — загребает воду. Единственное — передние лапки все же не погружаются в воду, а отталкиваются от поверхности воды.

Ну и последнее — водомерки умеют прыгать на воде. Не очень далеко, но это все же прыжки. Прыгают они в случае опасности — за этим можно наблюдать, если попробовать накрыть водомерку ладонью на воде. Спасаясь, она будет не только «грести», но и прыгать, причем довольно активно.

К слову, если изменить поверхностное натяжение воды — например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства — последние изменяют свойства воды и водомерки (да и не только они) не могут жить в подобных местах.

Водомерки приносят пользу науке

Группа китайских ученых разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда. Идея пришла в голову сначала одному китайскому физику по имени Юй Тянь (Yu Tian) из университета Цинхуа в Пекине

Ученый в солнечный день отправился к берегу пруда в одном из парков столицы Китая. Там он смотрел на воду и заметил водомерок, которые отбрасывали тень. Как и говорилось выше, тень от их лапок была отличной от конфигурации кончиков конечностей.

Ученый понял, что это вызвано искривлением воды под действием веса водомерки, сколь бы небольшим он ни был. И тогда он понял, что при помощи теней, отбрасываемых объектами на поверхности воды, можно измерять силу Архимеда, причем эти измерения сверхточные. Граница чувствительности метода — 1 пиконьютон.

«Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объем этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Все это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру», — заявил ученый.

Еще и роботы

Результаты наблюдения китайского ученого помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько, причем одно из них умеет даже прыгать по поверхности воды, как настоящая водомерка.

Первыми создателями робота-водомерки была команда School of Chemical Engineering and Technology. Разработчики использовали как результаты наблюдений коллег, так и собственные исследования.

Затем был создан еще один робот, вес которого составлял много больше, чем у водомерки — 11 граммов вместо долей грамма. Он способен передвигаться по воде и делает это довольно быстро — вплоть до 5 км/ч, что сравнимо со скоростью ходьбы взрослого человека.

Ну и еще один показательный пример — робот-водомерка, созданный объединенной командой исследователей из Южной Кореи и США. Этот робот очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками».

Он не только передвигается по поверхности воды, но еще и прыгает, причем довольно высоко.

Область применения роботов-водомерок — поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.

Источник