Tinggi tetapi lambat: apa yang dilakukan oleh zirafah untuk ketinggian mereka? • Varvara Vedenina • Berita sains mengenai "Unsur" • Fisiologi, Neurobiologi, Zoologi

Tinggi tetapi lambat: apa yang dilakukan oleh zirafah untuk ketinggian mereka?

Mamalia tertinggi. Imej dari ru.wikipedia.org

Untuk tindak balas refleks kepada rangsangan luar, dua parameter sangat penting: ketepatan menentukan rangsangan dan masa yang diperlukan untuk bertindak balas terhadap rangsangan. Bagaimanakah tugas-tugas ini dapat menangani mamalia terestrial tertinggi, zirafah? Ternyata anda harus membayar untuk pertumbuhan yang tinggi: zirafah bertindak balas dengan lebih perlahan dan kurang tepat kepada rangsangan luar daripada mamalia lain yang sebanding dengan zirafah dalam berat badan.

Semua orang tahu bahawa zirafah adalah mamalia tanah tertinggi. Ia juga bukan rahsia kepada sesiapa yang pertumbuhan tinggi memberikan zirafah yang luar biasa ke atas mamalia herbivora yang lain: zirafah boleh mencapai daun di atas pokok, yang tidak dapat dicapai oleh pesaing lain. Tetapi beberapa daripada kita berfikir tentang ketidaknyamanan ini pertumbuhan tinggi membawa kepada haiwan ini. Khususnya, persoalan timbul: adakah anggota badan yang panjang menghalang kawalan sensori-motor (neuromuskular) daripada zirafah? Semasa bergerak, haiwan itu mesti mengawal ketidaksamaan tanah dan bertindak balas dengan cepat kepada mereka. Kelajuan reaksi bergantung, pertama, pada kelajuan impuls saraf, yang sebahagian besarnya ditentukan oleh saiz gentian saraf, dan, kedua,pada ketepatan tindak balas, yang bergantung kepada kepadatan dan bilangan serat saraf dan otot. (Ketepatan reaksi bermaksud ketepatan penyetempatan rangsangan dan ketepatan tindak balas terhadap rangsangan ini.)

Satu pasukan ahli fisiologi dan ahli zoologi dari Universiti Simon Fraser, Kanada dan Aarhus University, Denmark, mengkaji parameter ini secara terperinci apabila menggerakkan anggota belakang zirafah. Oleh kerana zirafah mempunyai anggota badan hampir dua kali selagi haiwan lain jisim yang sama, penulis mencadangkan bahawa masa yang diperlukan untuk melakukan isyarat di sepanjang gentian saraf dan otot juga perlu dua kali lebih panjang, dengan syarat saiz dan bilangan serat dalam haiwan adalah sama.

Masa yang diperlukan untuk bertindak balas kepada rangsangan bergantung kepada bilangan elemen arka refleks yang dipanggil. Arka refleks adalah jalan yang dilalui oleh impuls saraf dalam menjalankan refleks; Refleks adalah reaksi stereotip dari organisma hidup kepada rangsangan yang berlaku dengan penyertaan sistem saraf. Salah satu lengkung refleks yang paling mudah ditunjukkan dalam Rajah. 1. Isyarat dari reseptor kulit di bahagian belakang anggota badan ditularkan melalui saraf deria kepada saraf tunjang.Di dalam saraf tunjang, isyarat dihantar ke motoneuron, pergi ke otot rangka, akibatnya ia berkurang. Dalam fisiologi penghantaran neuromuskular, adalah kebiasaan untuk menggambarkan peristiwa individu arka refleks sebagai kelewatan. Contohnya, apabila reseptor dilihat sebagai rangsangan, masa ini dirujuk sebagai kelewatan deria; pengaliran impuls saraf sepanjang saraf deria atau motoneuron ditakrifkan sebagai kelewatan dalam pengaliran, penghantaran impuls saraf melalui sinaps dari neuron deria kepada motoneuron – sebagai kelambatan sinaptik.

Penguncian otot dimulai dengan pengujaan serat otot membran, penyebaran potensi tindakan di dalam serat dan pengaktifan jembatan melintang – pengikatan filamen miosin untuk bertindak. Tempoh ini dipanggil kelewatan elektromekanikal. Selepas itu, ketegangan berkembang di dalam otot disebabkan oleh gelongsor filamen actin dan myosin berbanding satu sama lain. Sebagai peraturan, perkembangan ketegangan diiringi dengan memendekkan panjang otot. Tempoh ini dipanggil kelewatan dalam penjanaan kuasa.

Rajah. 1. Sumber kelewatan sensorimotor refleks monosynaptik dalam zirafah.Kelewatan berlaku akibat kejadian berikut: persepsi rangsangan (penderiaan penderaan), pengaliran dorongan saraf sepanjang saraf deria (kelewatan pengaliran saraf), penghantaran impuls saraf melalui sinaps ke kord rahim (kelewatan synaptik), penghantaran kelewatan saraf pengaliran, pemindahan nadi dari neuron motor kepada gentian otot (kelewatan simpang neuromuskular), pengaliran nadi melalui serat otot (kelewatan elektromekanik) dan penjanaan kekuatan otot (kelewatan penjanaan daya). Gambar dari artikel dibincangkan di Jurnal Biologi Eksperimen.

Beberapa kelewatan yang disenaraikan, sebagai contoh, sensori atau sinaptik, sangat singkat (beberapa milisaat), dan mereka boleh hampir diabaikan, sementara yang lain, contohnya, kelambatan melalui serat, lebih panjang dan berjumlah puluhan milisaat. Kelajuan impuls saraf sangat bergantung pada saiz haiwan. Semakin besar haiwan, semakin lama serat saraf; semakin lama serat saraf, semakin lama diperlukan untuk melakukan isyarat.

Ketepatan tindak balas ditentukan oleh ketumpatan serat saraf dan otot dalam tubuh. Sekiranya haiwan itu mempunyai saraf reseptor yang lebih banyak bagi setiap kawasan, ia boleh menentukan dengan lebih tepat sumber kerengsaannya; dan, begitu juga, jika terdapat lebih banyak serat otot, maka haiwan tersebut dapat mengembangkan kemahiran motor yang lebih kecil.Oleh itu, ketepatan reaksi juga sebahagiannya bergantung pada saiz badan, atau sebaliknya, pada jumlahnya. Sekiranya kita membandingkan dua haiwan, yang panjangnya badannya berbeza dua kali, maka jumlah haiwan yang lebih besar akan menjadi lapan kali lebih besar, dan akibatnya, ia memerlukan lapan kali lebih banyak serat saraf bagi pemuliharaan tisu.

Haiwan sentiasa perlu mencari kompromi antara kelajuan dan ketepatan tindak balas, dan masalah ini diperburuk dengan peningkatan saiz hewan. Kelajuan pengaliran di sepanjang gentian saraf bergantung kepada diameternya: diameter yang lebih besar, semakin cepat isyarat dilakukan. Tetapi jika anda meningkatkan diameter gentian, ini tidak dapat dielakkan membawa kepada pengurangan bilangan mereka, dan akibatnya, untuk penurunan ketepatan tindak balas. Para saintis menganggarkan bahawa jika gajah mempunyai ketepatan yang sama dan kelajuan tindak balas sebagai pemain, maka saraf sciaticnya harus mempunyai diameter kira-kira 30 meter!

Menyiasat refleks regangan pada zirafah, penulis mengukur kelajuan isyarat saraf sepanjang saraf sciatic, yang menginsentrasikan otot gastrocnemius (Rajah 2). Merangsang saraf, mereka menembak elektromogram (aktiviti otot elektrik, EMG).Di samping itu, otot gastrocnemius merangsang elektrik sendiri, daya yang dikembangkan oleh otot diselidiki. Elektrod telah ditanamkan ke haiwan di bawah anestesia, semasa eksperimen haiwan itu tidak bergerak; semasa eksperimen, nadi, tekanan darah, suhu rektum dan beberapa penunjuk lain aktiviti penting normal juga dipantau. Selepas eksperimen elektrofisiologi, haiwan, malangnya, dibunuh, kerana perlu untuk menjalankan kajian histologi – penulis menganggap bilangan dan saiz serat dalam saraf sciatic. Penulis menekankan bahawa semua lapan haiwan yang digunakan untuk kajian ini telah dikaji oleh beberapa pakar yang bekerja pada projek yang sama sekali berbeza. Ia kekal untuk kita dihiburkan oleh hakikat bahawa zirafah telah berkhidmat sepenuhnya sains.

Rajah. 2 Mengukur kelajuan isyarat saraf. A – Rangsangan saraf sciatic dilakukan pada dua mata, ditunjukkan anak panah biru dan biru. Tindak balas terhadap rangsangan dinilai oleh elektromogram (EMG), yang telah dikeluarkan dari otot gastrocnemius (anak panah hitam). B – satu contoh dua EMG, yang diperolehi sebagai hasil rangsangan saraf sciatic pada dua titik.Kelajuan isyarat dikira sebagai jarak antara elektrod merangsang (Δd) yang dibahagikan dengan perbezaan masa antara tindak balas kepada rangsangan pada dua titik saraf (Δt). Gambar dari artikel dibincangkan di Jurnal Biologi Eksperimen

Apakah percubaan menunjukkan? Kelajuan isyarat pada saraf sciatic adalah sama dengan purata 50 m sesaat. Sebagai perbandingan, dalam tikus kelajuan purata denyut adalah 59 m sesaat, iaitu, kelajuan isyarat dalam zirafah dan tikus hampir sama. Berapa lamakah isyarat untuk lulus dari reseptor kulit di sepanjang saraf deria ke kord rahim? Pengiraan menunjukkan bahawa jarak ini (untuk jeriji bersaiz sederhana ialah 2.3 meter), nadi bergerak dalam 46 ms. Nilai ini lebih besar daripada mamalia tanah yang lain.

Hasil kajian juga menunjukkan bahawa kelewatan elektromekanik (pengalihan impuls di sepanjang serat otot) dan kelewatan dalam penjanaan daya juga lebih besar pada zirafah berbanding dengan haiwan yang lebih kecil. Kelewatan elektromekanik adalah tiga kali lebih besar daripada tikus, dan kelewatan dalam penjanaan kekerasan adalah lebih kurang dua kali lebih besar daripada tikus. Memandangkan data eksperimen yang diperolehi, penulis mengira betapa cepatnya zirafah dapat menanggapi ketidaksamaan tanah.Apabila merangsang reseptor tendon gastrocnemius tindak balas refleks mengambil kira-kira 100 ms. Sekitar 4% daripada masa ini menyumbang penundaan deria dan sinaptik, 16% untuk pengaliran isyarat sepanjang saraf otot, 22% untuk pengaliran isyarat sepanjang saraf deria, 13% untuk pengaliran isyarat sepanjang serat otot dan hampir 45% untuk penjanaan kekuatan otot (Rajah 3).

Rajah. 3 Rajah yang menggambarkan tempoh komponen yang berlainan dari tindak balas kepada rangsangan luar, seperti tamparan kepada tendon betis. Lengkung hitam – Electromyogram (EMG) dan kekuatan otot (Force). 1 – persepsi tentang rangsangan (penangguhan penderiaan), 2 – pengaliran impuls saraf sepanjang saraf deria dan motor (kelewatan pengaliran saraf deria, kelewatan pengaliran saraf motor), 3 – penghantaran impuls saraf melalui sinaps ke kord rahim (kelewatan sinaptik), 4 – penghantaran impuls dari neuron motor kepada gentian otot (penangguhan neuromuskular), 5 – Pengaliran impuls sepanjang serat otot (kelewatan elektromekanik), 6 – Penjanaan kekuatan otot (kelewatan penjanaan daya). Gambar dari artikel dibincangkan di Jurnal Biologi Eksperimen

Bilangan axons dalam saraf sciatic dalam zirafah adalah kira-kira 100,000. Sebagai perbandingan, angka ini adalah 4000 dalam tetikus dan 23 500 dalam anjing. Jika kita menganggap nisbah serat untuk saiz badan, zirafah sesuai dengan garis binatang yang dikaji.Tetapi jika kita mengambil nisbah bilangan serat kepada jisim badan, maka kita akan mendapat gambaran yang berbeza. Jika zirafah mempunyai bilangan serat yang sama dengan satu unit jisim sebagai tikus, maka ia memerlukan lebih daripada 5.6 juta serat dalam saraf sciatic, iaitu 50 kali lebih banyak daripada yang diukur menurut hasil histologi.

Jadi, seperti yang dicadangkan penulis, jerapah memerlukan lebih banyak masa untuk membawa isyarat daripada haiwan yang lebih kecil. Di samping itu, zirafah mempunyai ketepatan reaksi yang kurang daripada haiwan yang lebih kecil. Ini bermakna bahawa zirafah boleh merasakan rangsangan dengan reseptor kulit kurang tepat dan tepat dan memberi respons kepada mereka. Tetapi ini tidak menghalang mereka daripada berjaya hidup di kawasan sabana Afrika dan bersaing dengan haiwan lain.

Sumber: Heather L. Lebih, Shawn M. O'Connor, Emil Brøndum, Tobias Wang, Mads F. Bertelsen, et al. Tanggapan dan resolusi sensorimotor dalam jerapah // Jurnal Biologi Eksperimen. 2013. V. 216. P. 1003-1011.

Varvara Vedenina


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: