Физика в мире животных: жираф и его «насос»
Для человека многие животные кажутся привычными, они вроде как уже и не могут нас ничем удивить. Но на самом деле, любой живой организм на Земле — это целая биохимическая лаборатория, которая содержит ряд интереснейших механизмов. О многих животных уже публиковались материалы на Geektimes, но, конечно, далеко не о всех.
Задумывались ли вы, каким образом жираф пьет воду? Может быть, кто-то даже видел, как животное делает это, в зоопарке? На самом деле, с такой длинной шеей, как у жирафа, просто попить не получится. В его организме есть несколько приспособлений, которые позволяют без особых проблем утолить жажду, когда хочется. Внешне все просто — животное раздвигает передние конечности и наклоняет шею, прикасаясь к поверхности воды губами. Самое интересное скрыто от глаз человека.
Немного о самой шее
Шея жирафа усложняла бы животному жизнь, если бы не ряд компенсирующих механизмов. Например, для того, чтобы поднимать кровь к голове на несколько метров, сердце животного увеличилось в размерах, стенки его стали гораздо толще, чем, к примеру, у окапи, близкого родственника жирафа. Давление крови у этого животного в два или даже три раза больше кровяного давления человека. Это сердце пропускает около 60 литров крови в минуту, его вес — 12 килограммов. Кровь жирафа более густая и имеет вдвое более высокую плотность кровяных телец, чем у человека. По мнению некоторых ученых, этот показатель один из наиболее высоких среди всех существующих животных.
И здесь появляется еще несколько проблем. Например, если бы не ряд компенсирующих механизмов, высокое давление крови просто убивало бы жирафа, когда тот опускает голову вниз. В мозг его вкачивалось бы большое количество крови. Но у сосудов шеи есть специфические клапаны, которые предохраняют мозг животного. Аналогичная проблема, только обратная по знаку, если так можно выразиться, возникает, когда жираф поднимает голову. Это происходит быстро, и если бы не другая группа компенсирующих механизмов, то давление крови в этот момент бы сильно падало. Может быть, это и не убило бы животное, но сознание бы оно теряло каждый раз при поднимании головы на исходную высоту. Здесь приходят на помощь все необычные по структуре сосуды, способные держать давление животного примерно на одном и том же уровне.
Жираф — очень большой. Это самое высокое животное в мире. В процессе движения возникают перегрузки, которые в обычной ситуации, без адаптации организма под такие нагрузки, просто медленно бы убивали это животное. Например, в его конечностях постоянно накапливалась бы вода. Для того, чтобы предотвратить это явление при перегрузках у человека, используются специальные костюмы особой конструкции. У жирафа есть собственный «костюм» такого типа, созданный самой природой в ходе эволюции. У него прочная и эластичная эпителиальная ткань и необычно эластичная соединительная ткань.
Жирафы умеют быстро бегать, в случае острой необходимости они достигают галопом скорости 55 км/ч, то есть на коротких дистанциях они могут перегнать скаковую лошадь. Однако, как правило, эти животные ходят не спеша, передвигая одновременно оба правых копыта, затем оба левых. Из-за своего большого веса и тонких ног жирафы могут ходить только по твёрдой поверхности.
Как жираф пьет?
Но вернемся к воде и процессу утоления жажды у этих гигантов. Продолжительное время считалось, что животным удается пить воду благодаря тому, что они создают область низкого давления в пищеводе и желудке. Таким образом, рассуждали ранее ученые, вода поднимается из источника по горлу и далее вливается в пищевод и желудок. На самом деле, жираф неспособен создать область низкого давления таким образом.
То есть она создается, но иным путем — благодаря синхронным действиям различных элементов в шее животного. В этом процессе участвует надгортанник, с одной стороны, и губы животного с другой. Склоняясь к воде, жираф особым образом сжимает губы и начинает всасывать воду, причем «клапан» надгортанника при этом закрыт. Потом губы закрываются, а «клапан» в надгортаннике открывается, что позволяет воде перемещаться в пищевод.
Этот процесс повторяется снова и снова. На каком-то этапе животное поднимает голову и шею, и вода переходит в желудок. Так повторяется несколько раз, пока жираф не напьется. По оценке исследователей, закачка воды в организм животного происходит примерно со скоростью 10 км/ч. Этого достаточно для того, чтобы поток воды создавал давление на входе в пищевод, с тем, чтобы уже находящаяся там вода не вытекала обратно. Всего в пищеводе может находиться одновременно около 5 литров воды. Каждый цикл закачки обеспечивает попадание в пищевод 300 миллилитров воды. За 25 секунд жираф может осуществить до 17 таких циклов.
Интересно, что все эти данные получены физиком Филиппом Биндером, который в прошлом году поехал в один из национальных парков ЮАР. Он наблюдал за животными довольно долго, с близкого расстояния, так что смог за время наблюдений понять, что именно происходит в шее жирафа, когда тот пьет. Одно из видео, сделанных в зоопарке Phoenix Zoo в Аризоне показывает процесс утоления жажды жирафом с близкого расстояния.
Для того, чтобы обеспечивать нормальную жизнедеятельность организма, природе пришлось увеличить в ходе эволюции легкие жирафа, чтобы он мог дышать на высоте 3-х метров, перекачивая воздух в легкие. Такие изменились кости, мышцы и соединительная ткань — ведь, как и говорилось выше, жираф постоянно испытывает перегрузки.
Жирафы обитают в саваннах Африки. Сегодня их можно встретить только к югу и юго-востоку от Сахары, прежде всего в саваннах Восточной и Южной Африки. Популяции севернее Сахары были искоренены человеком ещё в древности: во времена Древнего Египта они существовали в дельте Нила и на берегах Средиземного моря. К сожалению, в XX веке ареал жирафов вновь значительно сократился. Наиболее крупные популяции жирафов сегодня обитают в заповедниках и резерватах.
Источник
Pour la science № 464 — как пьют жирафы
Первый вариант — набрать рот, поднять голову, дождаться, пока вода стечёт в желудок. Посчитали объём рта, объём необходимой воды — в день придётся 130 раз болтать головой. Перепад давления крови на размахе шеи жирафа составляет порядка половины атмосферы, когда мы резко встаём, у нас голова начинает кружиться от гораздо меньшего перепада. У жирафов, конечно, предусмотрена система защиты от оттока крови от мозга (расширяются сосуды, сердце начинает качать мощнее), но адаптация не мгновенная, и если постоянно болтать головой туда-сюда, то в конце концов система не справится. Плюс, это просто долго, на водопое придётся задерживаться существенно дольше необходимого.
Второй вариант — всасывать воду через шею, как через трубочку. Я как-то никогда не задумывался, но длина трубочки очевидным образом ограничена. Какая сила поднимает воду, когда мы пьём её из стакана через трубочку? Атмосферное давление. Оно давит на воду в стакане, которая поднимается по трубочке до того момента, когда её личный вес не уравновесит разницу давлений в атмосфере и у нас во рту (то есть, в лучшем случае, если у нас во рту идеальный вакуум — давление атмосферы). Теоретический предел высоты, на которую можно поднять воду, получается порядка 10 метров. На практике получается порядка двух метров, и то достаточно сложно, затыкая время от времени трубочку, чтобы перевести дыхание. Вроде как на youtube есть где-то видео подростков, высасывающих воду на высоту в 6 метров, авторы статьи предлагают своим читателям присылать в редакцию видео с собственными рекордами. В качестве бонуса предлагают хитрость: затыкать нижний конец трубочки, высасывать воздух, а только потом отпускать нижний конец — разогнавшаяся вода сможет по инерции подняться несколько выше.
К жирафу этот вариант, к сожалению, тоже не имеет никакого отношения — шея у него просто не выдержала бы таких перепадов давления.
На самом деле, жираф используем механизм насоса — он набирает воду в рот, закрывает губы, открывает горло, языком выталкивает воду в пищевод, закрывает горло, открывает губы — и повторяет это 15-20 раз. В итоге весь пищевод заполнен водой, жираф поднимает голову — и вода выливается в желудок под действием силы притяжения. Уфф!
Источник
LiveInternetLiveInternet
—Рубрики
- Наши ДЕТИ (42)
- Иллюзион (23)
- Аудиобиблиотека (22)
- Общие (17)
- Флеш-игра (9)
- Кулинария (8)
- Хочу все знать (6)
- Истории из жизни (6)
- Диафильмы (5)
- Здоровье (3)
- Дарчик (3)
- Православие (3)
- Юмор (2)
- Разное (1)
- Головоломки (25)
- Поделки из бумаги (71)
- Оригами (13)
- Притчи (31)
- Развивающие игры (108)
- Своими руками (88)
- Выпиливание лобзиком (13)
- Вязание (4)
- Домики из спичек (2)
- Сказки в формате презентаций (4)
- Школа (46)
—Музыка
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
Любопытные факты о жирафах
Что мы знаем о жирафах?
Существует 9 общеизвестных подвидов жирафов: сетчатый, масайский, западноафриканский (нигерийский), нубийский, южноафриканский, ангольский, кордофан и жираф Торникрофта.
Обитают жирафы в разных местах Африки и каждый подвид обладает своей характерной только для своего вида окраской.
А из забавного о жирафе можно рассказать следующее…
1. Жирафы могут чистить свои уши собственным языком.
2. В дикой природе жирафы живут не более 10-15 лет, а в зоопарке средняя продолжительность жирафьей жизни составляет 25 лет.
3. Благодаря своему высокому росту, жирафы могут заметить хищника на довольно большом расстоянии. Поэтому другие животные в саванне используют жирафов в качестве «сторожевых башен» или «наблюдательных постов», с помощью которых можно определить, есть ли поблизости хищники.
4. Жирафа очень сложно застать врасплох, пока он спит. Опасаясь хищников, он соблюдает бдительность постоянно, и его сон длится не более двух минут. В целом, жираф спит по 30 минут в день.
5. Жираф – самое высокое млекопитающее.
6. Жирафы, обитающие в саванне, расположенной к югу от Сахары, в основном питаются листьями акации.
7. Жирафы не едят мяса, предпочитая листья и молодые побеги кустарников и деревьев. За один день жираф может съесть до тридцати пяти килограмм такой пищи. Их любимое лакомство – листья и ветки колючей акации, содержит в себе все питательные вещества, необходимые для растущего жирафа, за исключением соли и кальция. Листья также содержат большое количество воды, что делает поиск водоемов не таким уж необходимым занятием. Поэтому жирафы так любят акацию!
8. Обычно кровяное давление жирафа примерно в два-три раза выше, чем у здорового человека.
9. Жираф может выпить до 12 галлонов (55 литров; прим. mixstuff.ru) воды без единого перерыва.
10. Жираф может обходиться без воды дольше, чем верблюд. Он может провести в саванне много дней, прежде чем сделает хоть один глоток. Это помогает ему уберечься от опасностей, подстерегающих других, более зависимых от воды животных. Хищники (львы, например) любят поджидать добычу близ водоемов, зная, что она обязательно явится попить. Вот жираф и старается делать это как можно реже. К тому же, чтобы дотянуться до воды, жирафу нужно неуклюже растопырить передние ноги, а врага в таком положении увидеть очень непросто. Тем более убежать от него. Кроме того, жирафу приходится опасаться крокодилов, которые в любой момент могут вынырнуть из воды, схватить жертву и утащить под воду.
11. В Атланте (Джорджия) привязывать жирафа к телефонному или фонарному столбу запрещено специальным законом.
12. Новорожденные жирафы начинают свою жизнь падением с двухметровой высоты.
13. Жирафы относятся к семейству жирафовых, которое включает в себя только один вид – окапи.
14. Жирафы живут как в пустынных саваннах, так и в лесистых лугах.
15. Новорожденный жираф обычно около двух метров высотой.
16. У жирафов один из самых высоких показателей кровяного давления среди всех животных, ввиду высокого роста и большого сердца.
17. Вы когда-нибудь видели падающего в обморок жирафа? Если бы шея жирафа не включала в себя перекачивающие кровь желудочки, схожие с теми, что находятся в сердце, животное теряло бы сознание каждый раз, когда поднимало свою голову. Сердце жирафа очень большое и тяжёлое – 11 килограмм. Каждую минуту ему приходится перекачивать до 75 литров крови.
18. Жираф умеет передвигаться только двумя способами: шагом и галопом.
19. Как и люди, жирафы имеют семь шейных позвонков. В отличие от людей, каждый такой позвонок у жирафа составляет 11 сантиметров в длину. Шея взрослого жирафа составляет около 1.8 метров в длину, будучи чрезвычайно мускулистой.
20. Предполагая, что прародителями жирафа должны быть верблюд и леопард, европейцы когда-то прозвали его «верблюпардом».
21. Жирафы – самые высокие млекопитающие в мире. Благодаря росту они получили преимущество замечать хищников на больших расстояниях – особенно на открытых лугах. Однако бдительность является лишь одним из защитных механизмов жирафа. Атакованный жираф использует свои мощные копыта, чтобы ударить противника. И удар у него тяжёлый. Известно, что он может расколоть череп льва.
22. Пятна каждого жирафа уникальны. Благодаря этому одно животное всегда можно отличить от другого.
23. На спинах жирафов частенько можно заметить маленьких крылатых пассажиров. Этих птиц называют «чистильщиками» – они поедают клещей, присосавшихся к животным. Птицы набивают свои желудки, а жирафы избавляются от паразитов. Полная гармония. И, кстати, клювы этих полезных птиц тоже выступают в качестве «ушных палочек» для жирафов. Они поедают ушную серу, забираясь далеко вглубь уха. Ням!
24. Слово «жираф» происходит от арабского «зарафа», что означает «тот, кто ходит быстро». Жирафы не только ходят, но и бегают быстро. Их скорость может достигать 35 миль (56 километров ) в час! Для сравнения, среднестатистический человек бегает со скоростью в 10 миль (16 километров) в час. Правда, жирафы быстро устают и неспособны сохранять такую высокую скорость длительное время. Зато при необходимости могут сделать спринтерский рывок и убежать от льва, например.
Источник
