Как удавы-констрикторы предотвращают удушье, когда они сжимают добычу?

Удавы известны тем, что охотятся, устраивая засаду на свою добычу, а затем сжимая пойманных до смерти животных мышечными спиралями. Но поскольку удав сжимает тело жертвы и перекрывает приток крови к мозгу этого животного, как змея не выдавливает весь воздух из собственных легких и не задыхается?

Оказывается, что удав может быстро отрегулировать, какой участок грудной клетки вы используете для дыхания, согласно исследованию, опубликованному в Journal of Experimental Biology (JEB). Таким образом, если удав ловит белку или крысу передней половиной тела, сужение будет использовать ребра под телом, похожим на лапшу, чтобы продолжить дыхание, сокрушая грызуна. Точно так же ребра, расположенные ближе всего к голове животного, возьмут верх, если задние ребра в настоящее время прижаты к обездвиженному животному.

«Сужение — это невероятно энергоемкое поведение и почти наверняка требует высокой потребности в кислороде», — Дэвид Пеннинг, доцент биологии Университета Южного Миссури, который не участвовал в исследовании. Новое исследование «помогает прояснить некоторую путаницу в том, как происходит потребление кислорода во время этого тяжелого процесса».

Помимо раскрытия того, как дышат удавы во время сужения, «я думаю, что эту работу можно использовать для более широких выводов, выходящих за пределы удава», - сказал Пеннинг WordsSideKick.com в электронном письме. «Мы не только очень мало знаем о том, как работают змеи, но и мало знаем о фактических метаболических потребностях большинства их видов деятельности».

Эволюция легкого змеи

«Эта способность контролировать, какой участок грудной клетки участвует в дыхании, вероятно, позволила удавам эволюционировать в их нынешние формы», - сказал первый автор исследования Джон Капано, докторант кафедры экологии, эволюции и биологии организма Университета Информация о Брауне. «Кажется, что вы не можете развить сужение, чтобы убить действительно большие вещи, если вы нарушаете вентиляцию легких», - сказал Капано.

Эта точная стратегия дыхания также, вероятно, поможет удавам пережить процесс глотания и переваривания крупной добычи, поскольку эти крепкие продукты ограничивают движение ребер животного изнутри, сказал специалист WordsSideKick.com. В своем докладе авторы исследования предполагают, что другие виды змей, вероятно, будут использовать этот же метод дыхания и что этот метод, вероятно, развивался вместе с высокоподвижными черепами змей, которые сжимаются, чтобы животные могли обернуть челюстями огромную добычу и проглотить ее.

В отличие от людей, у змей отсутствуют диафрагмы, большие куполообразные мышцы, которые сокращаются и сплющиваются, позволяя легким человека расширяться и наполняться воздухом, а затем расслабляют и сжимают легкие, выводя воздух. Вместо этого змеи используют мышцы, прикрепленные к ребрам, чтобы изменить объем грудной клетки и пропускать воздух в легкие и выходить из них.

По словам Капано, когда животные дышат грудной клеткой, они обычно используют небольшие мышцы, называемые межреберными, которые проходят между соседними ребрами. Эти животные используют межреберные мышцы для одновременного перемещения целых «блоков» ребер, а не для независимого, точно настроенного управления отдельными ребрами.

Для сравнения, удавы и другие змеи в основном используют мышцы подъема береговой линии для дыхания; каждый подъемник береговой линии простирается от позвоночника до одного из более чем 400 ребер змеи. В своем новом исследовании команда показала, как каждый подъемник может «в основном контролировать движения гораздо более незаметно». «Вы можете просто поднять это отдельное ребро», — сказали они. Когда леватор сжимается, он оттягивает ребро назад, как дверь на петле, заставляя кость слегка вращаться; эти деликатные движения контролируют, когда и где можно надуть легкие змеи.

Согласно отчету журнала PLOS One за 2015 год, у всех змей полностью развито правое легкое, но в зависимости от вида у змеи может быть незначительным левое легкое или вообще не иметь левого легкого . Сужающие удавы относятся к первой группе, так как у них крошечное левое легкое и длинное правое легкое, которое составляет примерно одну треть длины тела змеи, отмечается в отчете JEB.

Передняя треть длинного легкого, ближайшего к голове змеи, содержит ткань, которая может осуществлять газообмен, что означает, что оно может пропускать кислород в кровоток и удалять или выдыхать продукты жизнедеятельности, такие как углекислый газ. Задние две трети легких не могут выполнять газообмен и по сути являются «всего лишь мешком», сказал Капано.

Ученые имеют разные теории о функции этой области, похожей на мешок, но новое исследование подтверждает идею о том, что она действует как своего рода сильфон, который помогает всасывать воздух через переднюю часть легкого, который обменивается газами, по словам эксперта. Таким образом, когда передняя часть легкого не может полностью расшириться, когда боа занят перекусом, задняя часть легкого все еще может втягивать воздух через ткани и обеспечивать газообмен. «Даже если переднее легкое не может двигаться или даже если что-то его раздавит, вы все равно можете всасывать воздух через него. И тогда, делая это, вы все еще рисуете насыщенный кислородом воздух через свою сосудистую ткань», - добавил он.

Команда обнаружила, что удавы использовали этот уникальный метод дыхания, надевая манжеты для измерения артериального давления на удавы взрослых в своей лаборатории, чтобы ограничить движение некоторых ребер змеи. Команда использовала несколько методов для измерения потока воздуха в легких змей и из них, а также электрической активности различных мышц. Они также использовали метод, называемый «рентгеновская реконструкция морфологии в движении» (XROMM), чтобы отслеживать движение ребер змеи в режиме реального времени.

Использование XROMM включало размещение небольших металлических маркеров на ребрах некоторых змей, а затем сканирование животных сбоку и сверху по мере их перемещения. Комбинируя изображения, сделанные с обеих точек зрения, команда запечатлела, как ребра двигаются в трех измерениях, и создала подробные модели подвижной грудной клетки.

«Новое исследование очень хорошо показывает, как движение ребер удава изменяется в ответ на манжету артериального давления, которая давит на животное со всех сторон», - сказал Пеннинг. Тем не менее, когда змея действительно сжимает животное, сторона змеи, которая вступает в контакт с добычей, «вероятно, выполняет большую часть работы, прилагая силу», в то время как другая сторона змеи может быть менее сжата, по сравнению с этим, отметил эксперт. Забегая вперед, Капано сказал, что ему интересно изучить, как удавы и другие змеи двигают ребрами во время разного динамического поведения, такого как скольжение.

ПРОДОЛЖАЙТЕ ЧИТАТЬ: