Girafe de creștere mari împiedică capacitatea de reacție

Toată lumea știe că girafe - cele mai mari mamifere terestre. De asemenea, nu este un secret faptul că girafele înalte oferă avantaje enorme fata de alte mamifere erbivore: girafa poate ajunge la frunzele de pe vârfurile copacilor, în cazul în care nici unul dintre ceilalți concurenți nu poate ajunge. Dar puțini dintre noi, în același timp, reflectă ceea ce aduce un inconvenient pentru aceste animale de creștere ridicat.

În special, se pune întrebarea: Nu interferează cu girafe membrele lungi pentru a efectua un control senzitivomotor (neuromusculară)? Mutarea animalului trebuie să fie monitorizat de neregularități de suprafață și de a răspunde rapid la acestea. Viteza de reacție depinde, în primul rând, de viteza impulsurilor nervoase, care este determinată în mare măsură de mărimea fibrelor nervoase, și, pe de altă parte, cu privire la acuratețea reacției, care depinde de densitatea și numărul de fibre nervoase si musculare. (Precizia reacției să înțeleagă acuratețea și precizia localizării răspunsului la stimuli acestui stimulent.)

Echipa de fiziologi și zoologi de la Universitatea din Simon Fraser (Simon Fraser University, Canada) și la Universitatea din Aarhus (Universitatea Aarhus, Danemarca) a studiat în detaliu parametrii mișcării membrelor posterioare ale unei girafe. Deoarece girafe creangă aproape de două ori mai mult decât celelalte animale din aceeași masă, autorii au sugerat că timpul necesar pentru transmiterea semnalului în fibrele nervoase și musculare trebuie să fie, de asemenea, de două ori, atâta timp cât mărimea și numărul de fibre la animale similare.

Timpul necesar pentru ca răspuns la un stimul depinde de numărul de elemente așa-numitele arc reflex. arc reflex - este calea parcursă de impulsuri nervoase în reflexul de implementare refleksa- - o reacție stereotipă a unui organism viu la un stimul care trece implica sistemul nervos. Una dintre cele mai simple, arcelor reflex prezentate în Fig. 1. Semnalul de la receptorii de pe piele membrelor final transmis pe nervi senzoriale in maduva spinarii. În măduva spinării semnal motoneuronilor este transmis, merge la mușchi scheletic, prin care se contracta. Fiziologia transmisiei neuromusculare este descris de obicei evenimente individuale ca arc reflex întârziat. De exemplu, atunci când există percepția receptorilor de stimulare, de data aceasta se numește impuls nervoase ca senzoriale zaderzhka- nervul senzorial sau motor neuron definit ca întârzierea, transmiterea impulsului nervos prin sinapsa neuron senzorial pentru a motoneuronilor - atât întârzierea sinaptică.

Reducerea musculara incepe cu excitarea fibrei musculare membrană cu acțiune potențială de propagare în interiorul podurilor din fibre și activarea transversale - miozină legarea de filamente de actină. Această perioadă se numește întârziere electromecanic. Ulterior, în mușchi se dezvoltă tensiune prin culisarea actină și miozină filamente în raport cu celălalt. De obicei, dezvoltarea de tensiune este însoțită de o scurtare a lungimii musculare. Această perioadă este numită generarea de energie de întârziere.

Unele dintre aceste întârzieri, cum ar fi foarte scurte (câteva milisecunde), senzoriale sau sinaptice, și pot fi practic neglijate, în timp ce alte întârzieri, cum ar fi o întârziere a fibrelor mai lungi și mai multe zeci de milisecunde. Rata impulsurilor nervoase depinde puternic de mărimea animalului. Cu cat mai mare animalului, fibra de fibră mai nervoase se mai nervos, mai este nevoie pentru semnalul.

Precizia reacției depinde de densitatea fibrelor nervoase și musculare în organism. Dacă animalul are mai receptor nerv per unitate de suprafață, se poate stabili mai precis razdrazheniya- sursă și în mod similar, în cazul în care există mai multe fibre musculare, animalul poate dezvolta o mică motilitatea. Astfel, precizia reacției depinde, de asemenea, parțial de mărimea corpului, sau mai degrabă, din volumul său. Dacă comparăm cele două animale, lungimea corpului variază de două ori volumul animalului mai mare este de opt ori mai mare, și, prin urmare, de opt ori mai multe fibre nervoase este necesar pentru inervarea țesuturilor.

Animalele au întotdeauna să găsească un compromis între viteza și acuratețea răspunsului, iar această problemă este exacerbată cu dimensiunea tot mai mare a animalului. Viteza fibrelor nervoase depinde de mărimea lor: este mai mare diametrul, semnalul este realizat mai rapid. Dar, în cazul în care diametrul de fibre pentru a crește, acest lucru va duce inevitabil la o scădere a numărului acestora, și, prin urmare, reduce precizia reacției. Oamenii de știință au calculat că, dacă un elefant avea aceeași precizie și viteza de reacție, ca o scorpie, nervul sciatic trebuia să aibă un diametru de aproximativ 30 de metri!

Investigarea întindere reflex girafa, autorii au masurat rata semnalului nervului pe nervul sciatic, care inervează mușchiul gastrocnemian (Fig. 2). Prin stimularea nervului, au filmat (activitatea musculara electrica, EMG) electromiograma. Mai mult, stimularea electrică a mușchiului gambei în sine, a investigat puterea musculare in curs de dezvoltare. Electrozii implantate in animalul sub anestezie, în timpul experimentului, animalul a fost obezdvizheno- în timpul experimentului de control, de asemenea, frecvența cardiacă, tensiunea arterială, temperatura rectală și alți indicatori ai o viață normală. După experimente electrofiziologice, animale, din păcate, a ucis pentru că a fost necesar să se efectueze studii histologice - autorii consideră numărul și dimensiunea fibrelor din nervul sciatic. Autorii subliniază că toate cele opt animale utilizate pentru cercetare, studiată în continuare de un număr de experți care lucrează la un proiect complet diferit. Rămâne să fie mângâiat de faptul că girafele au servit știință pentru programul complet.

Ce este demonstrat prin experimente? Viteza de conducere a semnalului nervului sciatic a fost egală cu o medie de 50 de metri pe secundă. Pentru comparație, viteza medie de șobolan a pulsului este de 59 de metri pe secundă, adică a semnalului de viteză și un șobolan girafa substanțial egală. Cât timp durează semnalul este transmis de la receptorii pielii de pe nervii senzoriali în măduva spinării? Calculele arată că distanța (o dimensiune medie a girafă este egală cu 2,3 ​​metri) impuls se extinde dincolo de 46 msec. Această valoare este mai mare decât cea a altor mamifere terestre.

Rezultatele studiului au aratat, de asemenea, că întârzierea electromecanic (care transportă impulsul de fibre musculare) și întârzie generarea de energie este, de asemenea, mai multe girafe decât la animale mai mici. întârziere electromecanică a fost de trei ori mai mare decât cea a șobolanilor și generarea de energie electrică de întârziere - aproximativ de două ori mai mult decât la șobolan. Luând în considerare datele experimentale, autorii calculat cât de repede girafă poate reacționa la un teren denivelat. Prin stimularea receptorilor asupra funcționării tendon reflex sural ia aproximativ 100 ms. Aproximativ 4% din această perioadă au întârziere senzorială și sinaptică, 16% - prin menținerea pe semnalul nervului muscular, 22% - pentru a efectua semnalul nervului senzorial, 13% - prin deținerea semnalul fibrelor musculare, și aproape 45% - pentru a genera forța musculară (Fig. 3).

Numărul de axoni în nervul sciatic al girafei sa dovedit a fi de aproximativ 100 000. Pentru comparație, un șoarece, acest număr este de 4000, câinele - 23 500. Dacă luăm în considerare raportul dintre numărul de fibre la marimea corpului, girafa este bine în intervalul animalelor testate. Dar, dacă luăm în considerare raportul dintre fibra optică la greutatea corporală, se dovedește o imagine diferită. Dacă girafa avea același număr de fibre per unitate de masă ca un șobolan, el ar fi luat mai mult de 5,6 milioane de fibre în nervul sciatic, adică de 50 de ori mai mare decât a fost măsurată prin rezultatele histologie.

Deci, după cum sugerează autorul, girafele au nevoie de mai mult timp pentru semnalul decât animalele mai mici. În plus, girafe mai puțin de reacție precizie mai mare decât cea a animalelor mici. Acest lucru înseamnă că girafele pot percepe în continuare rapid și cu acuratețe stimulii de la receptorii de piele și de a răspunde la ele. Dar acest lucru nu împiedică să supraviețuiască destul de succes în savana africană și să concureze cu alte animale.