Někteří hadi, schopní šplhat po stromech, dokáží zaujmout tak zvaný S-tvar, při kterém zvednou do vzduchu až 70% svého těla, aby se dostali na vyšší větev. Vědci se nyní rozhodli tento jejich stoj, při kterém hadi popírají zákony gravitace, detailněji prozkoumat.

Jak se had vztyčí na větvi bez pomoci rukou a nohou a nespadne přitom?.

Vědci z americké Harvardovy univerzity, MIT a dalších univerzit zveřejnili koncem února letošního roku v časopise Journal of the Royal Society Interface závěry své studie, v nichž uvádějí, že hadi místo vynakládání obrovského úsilí na zpevnění celého těla, když se staví vzpřímeně, soustředí svoji ohybovou energii a svalovou aktivitu do malé oblasti u své základny.

Spojení této strategie s koordinací svalů napříč celým tělem umožňuje hadům „stání“ při co nejmenší spotřebě energie.

„Hadi jsou něco jako svalnatá lana,“ říká bioinženýr a robotik David Hu z Georgia Tech v Atlantě, který se studie nezúčastnil. „A v podstatě dokáží provádět magické triky, napínat svá těla a bránit se pádu,“ dodává.

Už v dřívější studii zoolog Bruce Jayne z University of Cincinnati a jeho kolegové ukázali, že když se hadi pohybují vzhůru, aktivují sval podél páteře. V nové studii zkoumali, jak hadi zvládají tento „bezkončetinový vzlet“, aniž by se pod vlastní vahou ohnuli.

S-tvarem na vyšší větev

Tým natočil videa čtyř hadů, krajty ametystové (Simalia amethistina) a tří bojg hnědých (Boiga irregularis), jak využívají S-tvar při přechodu z nižší větve na vyšší. Záběry ukázaly, že hadi byli maximálně zakřivení v blízkosti místa, kde seděli.

Nad tímto bodem byli téměř svislí, jako vysoká tyč stojící rovně – s malým nebo žádným náklonem, takže gravitace neměla téměř žádnou páku, aby je svrhla. Aby fyzici pochopili zapojené síly, matematicky modelovali tvora jako aktivní elastické vlákno – měkkou strukturu, která dokáže vnímat svůj vlastní tvar a v reakci na to aktivovat svaly – a zkoumali dvě strategie, jak by se had mohl postavit.

První byla lokální reakce, při které každá část těla reaguje jen na svoje vlastní zakřivení, druhou pak byla globální koordinace. Při ní pracují hlavně svaly u základny, ale celé tělo aktivně spolupracuje, aby se minimalizovala energie potřebná k pohybu.

Ukázalo se, že obě strategie vedou k dosažení S-tvaru, ovšem druhá zmíněná vyžaduje méně síly i energie. Potřebná síla se přitom snižovala tím víc, čím víc se had zvedal do vzduchu.

Co nejúspornější pohyb

Na základě toho se vědci domnívají, že stromoví hadi využívají spíše tuto druhou strategii, aby bylo jejich vzpřímené postavení co nejefektivnější z hlediska energie. Matematika také naznačuje, že ačkoli hadi mohou k dosažení pozice vynaložit relativně malou sílu, vynakládají podstatně více energie na udržení vzpřímené polohy.

Na videích se hadi mírně kymácejí ze strany na stranu – což naznačuje, že aktivně namáhají svaly, aby udrželi rovnováhu.

Zjištění by mohla pomoci při navrhování robotů podobných hadům, které by bylo možné využít při vesmírných a podvodních průzkumech a při průzkumu míst katastrof. „Bylo by zajímavé zjistit, zda by tyto myšlenky řízení a zpětné vazby mohly být použity k výrobě robotů, které lze snadněji ovládat nebo spotřebovávat méně elektrické energie k dosažení požadovaných tvarů,“ říká spoluautor studie Ludwig Hoffmann, aplikovaný matematik na Harvardově univerzitě.

Zdroj: Science News