Как совам удается так крутить головой. Как совам удается так крутить головой Повернуть голову на 360 градусов
Группа учёных под руководством Фабиана де Кок-Меркадо (Fabian de Kok-Mercado) проанализировала анатомические особенности дюжины птиц. Ученые исследовали костную структуру и кровеносную систему полярных и больших ушастых сов, а также пёстрых неясытей. Чтобы повысить информативность рентгеновских снимков, в сосуды было введено специальное контрастное вещество. После этого сосуды были тщательно препарированы, отсканированы и зарисованы для детального анализа.
При помощи ангиографии и КТ-сканирования выяснили, что и в скелете, и в кровеносной системе сов есть несколько особенностей, предотвращающих травмирование головы при резких поворотах. «Сонная и позвоночная артерии у большинства животных, в том числе у сов и людей, очень хрупкие и чувствительны даже к минимальному воздействию», - говорит один из участников исследования, доктор Филипп Гайю (Philippe Gailloud), доцент Отделения радиологии Медицинской школы при Университете Джонcа Хопкинса. «Поэтому специалисты по человеческим травмам, вызванным повреждениями шеи и головы, всегда удивлялись, почему леса не усыпаны тысячами мертвых сов».
У человека резкое вращение головы способно вызвать растяжение сосудов и образование тромбов, которые, оторвавшись, могут привести к смерти или инсульту. Учёные говорят, что такие травмы часто возникают при автомобильных авариях, а также после неудачных визитов к мануальным терапевтам или посещений «американских горок».
Первое интересное наблюдение ждало ученых, когда они ввели контрастное вещество в артерии совы, имитировавшее поток крови, и повернули голову вручную. Кровеносные сосуды в основании головы, находящиеся под челюстной костью, оказались очень эластичными, расширяясь по мере поступления дополнительных порций крови. У человека подобной эластичности не наблюдается. Такие резервуары позволяют накапливать достаточный объём крови, чтобы питать мозг во время поворота головы. Поддерживать постоянный кровяной поток помогает еще и разветвлённая сеть более мелких кровеносных сосудов.
Кровеносные сосуды совы эластичней человеческих.
Следующей анатомической особенностью, отмеченной учёными, стал относительный размер отверстий в поперечных отростках шейных позвонках совы, через которые проходит одна из основных артерий, питающих мозг. Эти отверстия примерно в 10 раз больше в диаметре, чем сама позвоночная артерия. Таким образом, образуется много свободного места, и артерия не пережимается при повороте головы. У человека артерия буквально зажата позвонками, а широкие отверстия 12 из 14 шейных позвонков сов дает им бо́льшую свободу движений.
Кроме того, исследователи выяснили, что позвоночная артерия сов входит в поперечные отверстия через двенадцатый позвонок, а не через четырнадцатый - выше, чем у остальных птиц. Это тоже обеспечивает дополнительную гибкость при поворотах головы.
Широкие отверстия для артерий дают свободу движения, а анастомозы между сонной и позвоночной артериями обеспечивают альтернативный путь крови к мозгу совы.
Еще одним открытием Кок-Меркадо и Гайю в анатомии сов стал так называемый анастомоз - множественные соединения между сонной и позвоночной артериями в виде более мелких кровеносных сосудов, которые позволяют регулировать поток крови. У взрослых людей подобного не наблюдается. В частности, свободная троичная артерия, представляющая собой одну из подобных перемычек, позволяет крови непосредственно проникать к мозгу совы, даже если основной путь перекрыт резким разворотом шеи.
Это работа заняла первое место в категории «Постеры и графика» конкурса «International Science & Engineering Visualization Challenge 2012», проводимого Национальным научным фондом США. Теперь, изучив строение шеи сов, учёные планируют исследовать анатомию ястребов, чтобы разобраться, есть ли у других птиц механизмы, позволяющие беспрепятственно вращать головой.
Учёные сделали вывод, что зрительная система у животных начала развиваться приблизительно 540 миллионов лет назад. Сначала она имела простое строение, но со временем усложнялась и усовершенствовалась для каждого типа виденья. Так, например, рыбы замечательно видят под водой, орлы с огромной высоты легко заметят маленького грызуна на земле, а кошки прекрасно ориентируются в темноте.
Взгляните на подборку самых необычных глаз животных и убедитесь в неповторимости и мудрости матушки-природы!
1. Горная коза.
Мы привыкли, что человеческий зрачок имеет круглую форму. Но у большинства копытных животных, в частности у горной козы, он имеет прямоугольную форму.
2. Такая форма зрачка и горизонтально ориентированное зрение является наилучшими для выживания в горных условиях. Так, не поворачивая головы, коза видит вокруг себя на 320-340 градусов. Для сравнения, человек видит всего на 160-200 градусов. Животные с таким строение глаз замечательно видят ночью.
3. Трилобит.
Задолго до появления динозавров, всю Землю населяли морские членистоногие-трилобиты. Палеонтологи насчитали около 10 000 видов этих животных. На данное время этот класс является вымершим.
4. Часть представителей этого класса были безглазыми, но большинство обладало уникальными по своему строению глазами. Глазной хрусталик у них состоял из кальцита. Это прозрачный минерал, являющийся основой мела и извести.
Оболочка глаз нынешних беспозвоночных состоит из хитина – жёсткого полупрозрачного вещества. Необычный состав глаза давал этим членистоногим способность одновременно удерживать в фокусе объекты на ближнем и дальнем расстоянии. Зрение трилобитов имело горизонтальную, либо вертикальную направленность. Но независимо от этого животное видело только на расстояние приблизительно равное длине собственного тела.
В зависимости от ареала обитания глаза трилобитов располагались либо на вытянутых веках, либо накрывались глазной крышкой, защищающей от яркого солнца. Палеонтологи очень досконально изучили зрение трилобитов, так как окаменелости из кальцита хорошо сохранились.
5. Долгопят.
Долгопяты – это приматы ростом всего 9-16 см и весом всего 80-150 грамм, обитающие на островах Юго-Восточной Азии. Маленькие размеры совсем не мешают зверьку быть хищником. Мало того, долгопяты – единственные в мире приматы, которые питаются только пищей животного происхождения. Они ловко ловят ящериц, насекомых и могут даже поймать птицу во время её полёта. Но самой главной их особенностью являются большие светящиеся во тьме глаза. Их диаметр может достигать 16 мм. По соотношению с размерами тела это самые большие глаза среди всех известных млекопитающих.
6. Местные жители до сих пор уверены, что долгопят – это вестник злых духов. А туристы-европейцы впервые увидев такого малыша вздрагивают и потом долго вспоминают эту встречу. Представьте и вы огромные, светящиеся глаза на маленькой круглой головке. Секунда, и вы уже смотрите зверьку в затылок. Он просто повернул голову …почти на 360 градусов. Правда, впечатляет?
Кроме этого долгопяты обладают превосходным ночным зрением. Исходя из этого, ученые делают вывод, что зверьки распознают ультрафиолет.
7. Хамелеон.
Многие знают, что хамелеон способен изменять цвет. Так он маскируется и показывает своё настроение и требования другим ящерицам. Зрение у этих животных тоже необычно – плотно сросшиеся веки покрывают всё глазное яблоко, оставляя лишь небольшое отверстие для зрачка.
Глаза у этих ящериц как будто вываливаются из орбит и могут вращаться независимо друг от друга на все 360 градусов.
8. Глаза хамелеона смотрят в одном направлении только тогда, когда его взгляд устремлен на добычу. Питается ящерица насекомыми и мелкими грызунами. Свою добычу хамелеон замечает на расстоянии нескольких метров. Как и долгопят, способен видеть ультрафиолет.
9. Стрекоза.
Органы зрения стрекозы тоже уникальны и необычны. Они занимают почти всю голову насекомого и способны охватить пространство на 360 градусов.
Каждый глаз стрекозы состоит из 30000 мельчайших светочувствительных клеток. Кроме двух огромных глаз, у неё есть ещё 3 маленьких глаза. Такое особенное зрение делает насекомое опасным воздушным хищником, способным отреагировать на любое движение буквально за доли секунды.
10. Также есть стрекозы, которые успешно охотятся в условиях сумерек. В этих же условиях человек мало, что способен разглядеть.
11. Листохвостый геккон.
В тропиках Мадагаскара обитают весьма необычные гекконы. Заметить их весьма нелегко, так форма и окрас этого животного очень напоминает сухой лист растения. За большие красные глаза эти рептилии получили такие названия, как «сатанинские» и «фантастические» гекконы. Зрение этих ящериц обладает высокой чувствительностью. Гекконы- ночные животные.Даже в полной темноте они легко различают все объекты и цвета.
12. Для сравнения, кошки при тусклом освещении видят в шесть раз лучше человека. В этих же условиях гекконы видят в 350 раз лучше.
Таким замечательным зрением эти рептилии обязаны особому строению зрачка.
13. Колоссальный кальмар – загадка океана.
Это самое крупное беспозвоночное животное известное учёным. Также он обладатель самых больших глаз среди всех представителей животного мира. Диаметр его глаза может достигать 30 см, а зрачок – размера крупного яблока. Зрение у кальмаров просто 100 процентное даже при тусклом свете. Это очень важно для него, ведь эти животные обитают на глубине не менее 2000 метров.
14. Но кроме этого, глаза этих кальмаров имеют встроенный «прожектор», который включается в темноте и даёт необходимое количество света для удачной охоты
15. Четырёхглазая рыбка.
Это маленькая рыбка длиной до 30 см, обитающая в водах Мексики и Южной Америки. Основной её пищей являются насекомые, поэтому её часто можно заметить на водной поверхности.
16. Несмотря на название, у рыбы только два глаза. Но они разделены плотью на четыре части. У каждой части свой собственный хрусталик.
Верхняя часть глаз приспособлена для видения в воздухе, нижняя – для подводного наблюдения.
17. Стеблеглазая муха.
Ещё один необычный представитель животного мира. Своё название он получил из-за тонких длинных стеблеобразных выростов по бокам головы. На концах стебельков находятся глаза.
У самцов и самок разные по длине и толщине глазные стебельки. Самки выбирают самцов с наиболее длинными стебельками.
18. Во время брачного периода самцы меряются стебельками. Для победы они даже идут на хитрость – надувают глаза и стебельки воздухом, что увеличивает их размер и само собой шансы на понравившуюся самку.
19. Долихоптерикс лонгипес.
Это маленькая глубоководная рыбка длиной до 18 см.
20. Только долихоптерикс обладает уникальным зеркальным зрением. Её органы зрения работают по принципу линзы, и позволяют маленькой хищнице видеть одновременно надводное и подводное пространство.
21. Пауки – огры.
Это шестиглазые пауки. Но средняя пара глаз у них намного больше остальных, поэтому кажется, что пауки двухглазые.
Огры- ночные хищники. Глаза паука покрыты мембраной из сверхчувствительных клеток, обеспечивающие прекрасное ночное виденье.
22. Учёные считают, что эти пауки ориентируются в темноте как минимум в сто раз лучше человека.
23. Раки – богомолы.
Это самые опасные представители членистоногих в тропических водах. Своими острыми когтями они легко могут оставить человека без пальцев. Они же обладатели самых неповторимых глаз в мире.
Глаз у них состоит из10000 сверхчувствительных клеток. Каждая из клеток выполняет строго определенную функцию. Например, одни отвечают за определение света, другие-цвета. Данный вид раков улавливает оттенки цветов в 4 раза лучше человека.
Они единственные обладают ультрафиолетовым, инфракрасным и полярным зрением одновременно. Кроме этого их глаза могут вращаться на 70 градусов. Удивительно также то, что полученную информацию у этих раков обрабатывает не мозг, а глаза.
24. Но это еще не всё. Эти раки обладают «тринокулярным зрением». Глаз рака разделён на три части, и он может видеть все происходящее с 3-х различных точек одного и того же глаза.
Это самое уникальное строение зрительной системы. Учёные до сих пор не в силах его полностью объяснить и тем более воссоздать.Нам остаётся только поражаться мудрости и неповторимости природы.
Которых можно встретить на всех континентах кроме Антарктики, в течение столетий занимают надежное место в культуре и мифологии человека. Их воспринимают по-разному – от символов мудрости и удачи до дьявольских предвестников смерти. Откуда же взялась такая выдающаяся роль в истории и символике? Отчасти она связана со странностями анатомии, ведь особенности в строении тела отличает сов от всех других птиц.
Многие виды ведут ночной образ жизни, они летают практически бесшумно и могут поразительно крутить головой. Благодаря исключительному маскирующему оперению их легче услышать, чем увидеть, а лица этих птиц необычайно выразительные. Все это делает сов очень особенными. Вот пять черт, благодаря которым они кажутся одновременно и жутковатыми, и удивительными.
Необычные глаза
У сов нет . Их органы зрения скорее следует называть глазными трубками. Они имеют вытянутую форму, а на месте их удерживают склеротические кольца – костистые структуры в черепе. Из-за этого совы не могут двигать или вращать глазами, и именно потому настолько повышена подвижность их шеи, но об этом мы узнаем больше.
Так как глаза сов направлены вперед, у них бинокулярное зрение, аналогичное человеческому, а это значит, что они могут видеть предметы одновременно обоими глазами. Это дает птицам отличную способность оценивать высоту, вес и расстояние. Однако в то время как у людей 180-градусный обзор и при этом 140 градусов бинокулярного зрения, у сов эти показатели составляют соответственно 110 и 70 градусов. Но недостаток бинокулярного зрения они с лихвой восполняют превосходным ночным видением и дальнозоркостью.
Однако из-за такой дальнозоркости они не видят предметы вблизи. В момент ловли добычи совы используют нитевидные перья на клюве и лапах, позволяющие им ощущать добычу.
И наконец, у сов не одно и даже не два, а целых три века: одно для моргания, одно для сна и одно для поддержания глаз в чистоте.
Давайте сразу определимся – совы не могут оборачивать голову на 360 градусов. Может показаться, что это не так, но на самом деле угол составляет только 135 градусов в любом направлении от ровного положения. Таким образом, в совокупности совы обладают поразительной подвижностью шеи – 270 градусов.
Сложно повернуть голову даже так, чтобы посмотреть за свое плечо, а потому совы демонстрируют поразительные . Во-первых, вместо семи позвонков в шее, как в среднем бывает у птиц, у сов их в два раза больше. Но 14 позвонков в шее – это еще не все усовершенствования. У них есть ряд физиологических особенностей, позволяющих выжить при таком быстром и резком повороте головы. Так, дополнительные кровеносные сосуды подают кровь в голову, когда из-за угла поворота головы останавливается кровообращение через обычную систему. Кроме того, сосуды лежат в специальных воздушных прослойках, сберегающих целостность в момент резкого поворота головы.
Чуткие уши
Да, зрение у сов поразительное. Но часто настоящую работу во время охоты выполняют уши птиц. У многих видов они разного размера, да еще и расположены ассиметрично. Два уха с разной формой и положением получают звук в немного разные моменты, что дает птицам исключительную способность точно определять источник звука. Когда шум одинаково громкий в обоих ушах, птица знает, что ей удалось установить источник и расстояние.
В то же время плоское лицо направляет звук в уши, усиливая его настолько, что сова может распознавать даже малейший шорох от крошечной добычи.
Бесшумное
Совы известны своей способностью к бесшумному полету, ведь к быстро двигающейся добыче они должны приближаться очень тихо. Для этого у сов широкие крылья, позволяющие им парить и минимизировать количество взмахов, которые, в основном, и создают шум от летящей птицы. Кроме того, многие виды сов имеют специальные перья, позволяющие делать взмахи практически бесшумно.
На внешней стороне основных маховых перьев имеется жесткая кайма, похожая на зубцы расчески, которая снижает турбулентность. На задней кромке тех же перьев есть мягкая кайма, похожая на отрепавшийся край тряпки, которая также способствует уменьшению оставшейся турбулентности. Пух, покрывающий всю плоскость крыла, обеспечивает звукоизоляцию.
Благодаря такому особенному строению перьев мы не слышим такой звук ударов крыльев, как, например, у
Совам не нужны глаза на затылке, чтобы увидеть происходящее сзади, они могут просто повернуть голову. Известно, что многие виды сов, такие как пестрая неясыть, способны крутить головой на 270 градусов в любом направлении, а это означает, что они могут пос
Совам не нужны глаза на затылке, чтобы увидеть происходящее сзади, они могут просто повернуть голову. Известно, что многие виды сов, такие как пестрая неясыть, способны крутить головой на 270 градусов в любом направлении, а это означает, что они могут посмотреть налево, повернув голову направо, или наоборот.
Но как им удается не разрывать артерии и не перекрывать поток крови к мозгу? За поиски ответа на этот вопрос взялись художник-оформитель и доктор из Университета Джона Хопкинса.
«Специалисты по нейровизуализации вроде меня, которые занимаются проблемами у людей, вызванными повреждениями артерий головы и шеи, давно задавались вопросом, почему быстрые и скручивающие движения головы не заставляют тысячи сов падать замертво на лесную подстилку», - рассказывает автор исследования доктор Филипп Гайлауд.
Если б человек попытался так быстро или сильно повернуть голову, то разорвал бы сеть артерий, что в результате привело бы к острому нарушению мозгового кровообращения, а также и к перелому шеи. «Сонные и позвоночные артерии в шее у большинства животных, включая сов и людей, очень деликатные и легко поддаются каким-либо повреждениям», - добавляет ученый.
Чтобы посмотреть на кровеносные сосуды совы при повороте головы, исследователи ввели краситель в артерии дюжины мертвых белых сов, пестрых неясытей и виргинских филинов и использовали компьютерный томограф для визуализации того, как жидкость будет распространяться по сосудам птиц. После создания сканированных изображений исследователи ввели похожую на пластик субстанцию в вены птиц, после чего рассекли ткани и нарисовали схемы и местоположения сосудов.
Ученые обнаружили ряд ранее неизвестных и уникальных свойств. Во-первых, кости шеи сов, т.е. позвонки, содержат отверстия, которые гораздо больше тех, что можно увидеть у других птиц или людей. У нас отверстия в позвонках почти такого же размера, что и артерия, но у сов они в 10 раз шире сосудов. Эти отверстия, или каналы, очевидно, содержат мешочки воздуха, предназначенные для смягчения резких крутящих движений головы.
«Мы также сразу заметили, что таких каналов нет в нижней части двух шейных позвонков», - отмечают ученые. Это позволяет похожим на шнур сосудам несколько провисать в момент поворота головы.
Большие отверстия и слабое натяжение в нижней части шеи дают понять, почему не рвутся сосуды. Но они не объясняют, из-за чего не прерывается подача крови, когда сова крутит головой. А ведь повороты под таким углом просто обязаны вызывать хотя бы частичное блокирование артерий.
Ученые заметили, что при приближении к голове позвоночная артерия немного расширяется, что является необычным и никогда не отмечалось среди многих других животных (сосуды по типу ствола дерева становятся все тоньше с удалением от сердца). Авторы считают, что эти расширенные зоны могут функционировать как резервуары, в которых накапливается кровь, а потому у мозга появляется некоторый запас на время движения головы.
Кроме того, кровеносные сосуды у мозга тесно соединены. Сосуд под названием тройничная артерия связывает переднюю и заднюю часть мозга совы, что позволяет обеспечивать орган максимальными объемами крови.
Так зачем же совам крутить головой под таким углом? Дело в том, что у них трубчатые глаза, их строение очень напоминает телескоп, благодаря чему птицы обладают поразительным зрением. Но в отличие от людей, у которых глаза почти сферической формы, совы едва могут ими двигать, а потому вынуждены поворачивать всю голову.
Это исследование в очередной раз демонстрирует, насколько превосходно птицы адаптировались к своей среде, ведь они могут видеть все вокруг, несмотря на относительно зафиксированные глаза. Ученые надеются, что исследование заставит людей еще больше ценить жизнь на нашей планете.
