Spinnenbeine und wie sie arbeiten - The Infinite Spinne
Spinnen sind erstaunliche Werke von Engineering (Foto: Karen McDonald).
Wie Spinnenbeine Arbeits
von einer großen Mehrheit der Menschen auf der ganzen Welt seien sie ehrlich, sind Spinnen gruselig betrachtet. Doch wenn man sie fragt, können die meisten Leute nicht wirklich nennen, was es über Spinnen, die sie sehr, flippt aus. Normalerweise beginnen Erklärungen mit kleinen Augen, Zähne, beißt, oder ihre Beute Einwickeln. Spider-Bewegung ist auch an der Spitze der Liste. Sie versenken und in der Nacht huschen um (vor allem, wenn Sie das Licht an und sie huschen aus), springt, und in der Regel in einer „gruselig“ Art und Weise ausgeführt werden. Aber was macht ihre Bewegung wirklich fremd und gruselig zu uns? Die Antwort liegt in zwei Schlüsselelemente ihrer Anatomie, ihr Skelett und Muskeln.
Prüfen Sie zunächst, dieses kurzes Video von einer Spinne zu Fuß heraus, Ihnen einig Kontext geben:
Spinnen sind Arthropoden, was wörtlich „joint footed“. Wie alle Arthropoden fehlen sie Knochen und ein inneres Skelett. Stattdessen haben sie ein hartes äußerees Skelett ein Exoskelett genannt. Das Exoskelett wird aus Chitin, etwas Ähnliches wie unsere Fingernägel und Haare gemacht. Es ist super stark und leicht. Aber wie hat das mit ihrer gruseligen kühl Bewegung? Spinnen haben keine interne Knochen, was bedeutet, dass sie nicht die gleichen Muskeln und Anhänge, die Wirbeltiere haben.
Hier können Sie die alte Exoskelett eine Spinne (heller in der Farbe) sehen und die neu entstandenen Spinne, die gerade gehäutet hat oder Schuppen (dunkler und größer). (Foto: Rob Barber, teilen Flicker).
Im Körper von Wirbeltieren, wie Menschen, gibt es drei Arten von Muskeln. Dies sind Herz (Herz), viszerale (innere Organe) oder Skelett. Die Knochen unseres Skeletts werden durch Muskeln bewegt, die zu jedem Knochen in antagonistischen Paaren direkt befestigen. Diese werden sind Beuger und Strecker. Die Kontraktion der Beugemuskeln verursacht eine Verbindung zu biegen (man denke an ‚Ihre Muskeln beugen‘), während Strecker ein Gelenk zu öffnen verursachen. Beuger und Strecker geben uns Smoth Bewegung in der Bewegung in unseren Muskeln. Spinnen haben nicht diese gleiche Bewegung.
Ein Spinnenbeine hat 7 Gelenke (Photo: Eky.edu).
Die Menschen haben nur eine große gemeinsame pro Schenkel (Knie, Ellenbogen, etc), aber Spinnen haben sieben Gelenke für jedes Bein. Das Ergebnis einer Mehrgelenk Exoskelett ist, dass Spinnen haben nicht die Unterstützung von Knochen für eine Flottille von Beuger und Strecker. Es gibt nicht genug Platz in ihren Körpern zur Befestigung, und selbst wenn es ist, all diese Muskeln würden sie super schwer und Holzfällerei machen. Hinzu kommt, dass Spinnen haben nicht genug Energie, um die Muskeln warm (es ist rau, eine „Kaltblüter“ Kreatur) noch genügend Sauerstoff zu halten, eine große Anzahl von Muskeln zu unterstützen.
Also, wenn Spinnen natürlich ihre Glieder nach innen biegen können, wie sie schieben ihre Beine nach außen laufen, springen und ohne Strecker bewegen? Die Antwort ist, Hydraulikdruck. Der Körper eine Skelett ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die wie Blut ist (obwohl einige, was anders) Hämolymphe genannt. Wenn Sie sich erinnern, Spinnen zwei Körperteile nur haben, der erste der kondensierte Kopf und Mitte ist, eine so genannte Cephalothorax (# 2 unten). Die andere ist ihr Bauch (# 3).
Die Spinne weist zwei Hauptkörperteil, um das fusionierte Kopf und Thorax, Cephalothorax genannt (2), den Bauch (3), und Beine 8 (1). (Foto: Wiki Commons).
Alle acht Spinnenbeine sind für einen guten Grund zu der cephalothroax angebracht. Jedes Bein der nach außen gerichtete Bewegung wird durch die cephalothroax gesteuert, die den hydraulischen Druck und Bewegung Hämolymphe reguliert. Spinnen nicht Streckmuskeln brauchen, weil sie flüssige Bewegung / Hydraulik auf „Push“ aus den Beinen heraus kann. Cephalothorax wirkt so etwas wie ein sehr feinfühligen, flüssigkeitsgefüllte Bälge, die Hämolymphe um den Körper der Spinne in einem Bruchteil einer Sekunde drückt. Die Beugemuskeln in der Spinne Beine wollen natürlich schrumpfen, aber der Hydraulikdruck ermöglicht es, die Beine nach außen zu bewegen und diese Kontraktion widerstehen. Haben Sie schon einmal eine tote Spinne mit allen acht Beinen zusammengerollt gesehen? (Ja, ich weiß, die meisten von Ihnen jubelten) Dies liegt daran, wenn die Spinne stirbt seine Beine durch die Beugemuskeln fehlen hydrostatischen Widerstand natürlich kontrahieren.
Denken Sie nicht, dass, nur weil Spinnen haben keine Sätze von Beuger und Strecker, dass sie nicht effizient bewegen können. Wie die meisten von euch wissen, können sie sehr schnell bewegen. Springspinnen (
1-20 mm Länge) sind gedacht, um die Lage sein, zwischen 30 und 40 Mal ihrer eigenen Länge zu springen!
(: Wiki Commons Foto) Springspinnen uns Hydraulik Olympische Rekorde Springen durchzuführen.
Einer der Gründe dafür, dass Spinnen natürlich scheu und Angst vor Menschen sind (lesen Räuber) ist, weil sie in ihrem Skelett auf hydrostatischen Druck verlassen. Wenn sie durchstochen werden oder ein Bein verlieren, sie riskieren sie ihren Druck zu verlieren und buchstäblich Abblasen. Bei einigen Arten gibt es Kontrollen oder Ventile in den Beinen Deflation zu verhindern, aber wenn sie genug Hämolymphe verlieren würde, die nicht in der Lage sein, sich zu bewegen. Ihr Hauptkörper ist auch sehr anfällig für Punktierung und sogar zum Tod führen.
Das andere Ergebnis ein Exoskelett zu haben (die alle von Ihnen arachnophobes lieben) ist, dass Spinnen nicht sehr groß sein wachsen. In Teil es ist, weil die Hydraulik dieser Art und ihre Affiliate-Exoskelett kann nicht Landtiere unterstützen, die sehr groß sind. Schauen Sie sich meine Post auf „Killer 50 Fuß Kakerlaken“ für mehr.
Spinnen und Bionik
Als regelmäßiger Leser meines Blogs wissen, ich biomimicry lieben, gewidmet ist ein Gebiet der Wissenschaft und Technik zu Modellierungslösungen aus der Natur. Spider-Hydraulik wird derzeit von Forschern untersucht, um zu sehen, ob sie Roboter erstellen können, die wie Spinnen bewegen tun. Wenn Sie nicht meinen Beitrag auf biomimicry und 3D-Drucker lesen, überprüfen Sie es hier.
SPIDER HYDRAULIK UNTERRICHT
Ein sehr rudimentär hydraulischer Arm, dass die Schüler gebaut (Foto: Karen McDonald's)
Für meine Klassen begann ich mit einer schnellen Lektion auf Spinnenanatomie, dann Hydraulik und Pneumatik (unter Verwendung von Spritzen und Schläuchen). Als nächstes hatte ich Schüler in Gruppen arbeiten, und gab ihnen liefert, ohne Anweisungen zu bauen. Ich hatte sie mit Vorschlägen für einen hydraulischen Arm kommen, einschließlich der Kriterien und Einschränkungen des Projekts (und ja, dieser steht im Einklang mit der nächsten Generation Wissenschaft Standards). Sie mußten einen Entwurf zeichnen, herauszufinden, Materialien, entwickeln ein Konzept, wie der Arm funktionieren soll und dann nach der Genehmigung bauen den Arm. Es kann zwei oder drei Unterrichtsstunden dauern, je nachdem, ob Sie wollen „Heben“ Herausforderungen haben.
Die Schönheit dieses Projektes ist, dass es auch zu Hause durchgeführt werden kann, für die Schule zu Hause, oder einfach nur zum Spaß in den Ferien. Sie können sogar hydraulische Kits online kaufen. Es gibt kein Ende der Kreativität!
Was ist nicht über adorable Springspinnen zu lieben? (Foto: Wiki Commons).
Obwohl können Spinnen als gruselig gedacht werden, ich sehe sie als gruselig kühl. Sie bieten uns eine Fülle von Informationen und das Lernen aus, wie sie spinnen ein Material, das stärker ist als Stahlseil ist, zu, wie sie sich bewegen. Hoffentlich jetzt auch Sie einen größeren Respekt für die bescheidene Spinne haben, und lassen Sie ihn auf seinem Weg kriechen.