Jazyk chameleona. Vědomosti jsou moc, 2006, č. 04 (946)

Nejúžasnější věc na chameleonovi není to, že mění barvu a vzor, aby se přizpůsobil svému prostředí. Lidé to dokážou také a ještě jak! Nejúžasnější věc na chameleonovi je jeho jazyk. Řeč chameleona je skutečným tajemstvím přírody.

Jakmile toto malé zvířátko zahlédne chutný hmyz, vyplazí jazyk v plné délce a s lahodným mlaskavým zvukem se přichytí k oběti. Poté jazyk spolu s potravou vtáhne do tlamy a zmizí v ní. Sbohem, hmyze! Zemřel jsi, ale nezemřel jsi nadarmo. Tvá smrt podnítila vědce ke studiu jazyka chameleona. Obohatil jsi vědu.

Co přesně? Zaprvé, s přesnými daty. Po provedení příslušných měření vědci zjistili, že chameleon vymrští jazyk o jednu a půl délky svého těla (!) za desetiny sekundy. Přesněji to znamená, že letí rychlostí přibližně 26 délek chameleonova těla za sekundu. A tady vyvstává hádanka a otázka: co mu dává tuto šílenou, jak by řekl Raikin, rychlost?

První z navrhovaných vysvětlení této záhady bylo téměř neslušné. Někteří biologové se domnívali, že jazyk chameleona je podobný mužskému penisu, neboli, v běžné řeči, penisu – také otéká a tvrdne (zažívá „erekci“) v důsledku naplnění krví. No, po otékání a ztvrdnutí se přirozeně prodlužuje a vylétá z úst.

Když se vědecká komunita konečně vzpamatovala z těchto rouhačských srovnání a znovu našla sílu studovat chameleona, byla předložena hypotéza, že jazyk chameleona je jako slepený papírový sáček, do kterého plíce rychle a silně pumpují vzduch. Ukázalo se však, že plíce chameleona takového úsilí nejsou schopny, a poté se objevilo další vysvětlení, podle kterého je na kořeni jazyka chameleona silný sval, který tento jazyk při vymrštění urychluje. Ale teprve nedávno se v časopise „Proceedings of the Royal Society of London“ objevil článek dvou nizozemských vědců, de Groota a van Leeuwena, kteří změřili přesnou sílu, s jakou je tento záhadný jazyk vymrštěn. Jejich měření ukázala, že žádný ze svalů chameleona známých vědě takovou sílu poskytnout nedokáže.

I kdyby de Groot a van Leeuwen pouze vyškrtli „hypotézu svalů“, pro vědu by to stačilo. Ale udělali mnohem víc. Konečně vyřešili tvrdohlavou hádanku chameleonova jazyka. A jaké je toto řešení? – zeptáte se netrpělivě. A já vám trpělivě odpovím: katapult.

Hlavní podmínkou úspěšného lovu nebo letu v živočišné říši je rychlý přechod z nehybnosti nebo pomalé chůze do rychlého běhu, jinými slovy zrychlení. Zrychlení vyžaduje sílu a tu obvykle generují svaly (viz například filmy National Geographic o lvech lovících antilopy). Aby zvíře dosáhlo potřebného zrychlení, musí se svaly rychle stahovat. Rychlost svalové kontrakce má však čistě fyzický limit. (Proto na světě stále existují antilopy.) Zvířata, která potřebují tento limit překonat, se uchylují k trikům, například k použití pák. Nohy klokana fungují jako páky a přeměňují pomalou, ale silnou kontrakci svalů na rychlý pohyb těla. Skákající vačnatec tak během skoku vyvine zrychlení 19 g. (10 g je přetížení, při kterém astronauti v centrifugách obvykle ztrácejí vědomí).

K uvedení dlouhých pák do rychlého pohybu je však zapotřebí velmi velké síly. Odstředivky se otáčejí motory a síla zvířat má určitý limit. (Čím více svalů, tím větší je hmotnost, kterou je třeba zrychlit, takže nedochází k žádnému zisku.) Proto skuteční držitelé rekordů ve zrychlení živočišného světa používají katapulty, tj. zařízení, která rychle uvolňují energii elastické „nit“, dříve nahromaděné v důsledku pomalé svalové práce. Absolutní rekord v zrychlení katapultem patří hmyzu z čeledi Sercopidia, jehož larvy žijí na rostlinách v bublinách něčeho podobného slinám. Tento hmyz se také nazývá slintající skokan, protože po vynoření se ze svých bublin začne rychle skákat a vyvine skutečně fantastické zrychlení – 408 g!

Vraťme se však k našemu chameleonovi. Jak ukázali de Groot a van Leeuwen, jeho jazyk vyvine zrychlení 51 g, dosáhne rychlosti 6 metrů za sekundu a přilepí se k oběti za desetinu sekundy. To je zajištěno speciální strukturou jazyka. Jeho základna – kostra – je dlouhá, tuhá tyčinka, utkaná ze šlach. Slouží jako pevný “rám”, který každý katapult potřebuje. Tato tyčinka je obalena spirálovitými vrstvami elastické kolagenové tkáně, které jsou zase obaleny zrychlujícím svalem. Když sval obdrží signál z mozku ke kontrakci, začne se stahovat radiálně, tj. jeho tloušťka se zmenšuje a délka se zvětšuje. Pokud byl v klidném stavu tento sval posunut daleko dozadu vzhledem ke špičce kosterní tyčinky, nyní se k této špičce pohybuje stále blíž a blíž a plazí se na ni. To vše si lze snadno představit, ale to není vše.

Během této komprese-prodlužování sval prodlužuje (natahuje) soustředné vrstvy kolagenu uvnitř sebe. V těchto natažených vrstvách, podobně jako v natažené pružině, se postupně ukládá energie svalové komprese. V určitém okamžiku sval dostane signál k vymrštění. To je okamžik, kdy se sval v procesu svého prodlužování konečně sklouzne z hrotu kosterní tyčinky a dopadne na měkkou polštářek jazyka. Zde dostane příležitost k uvolnění, protože tvrdá kosterní tyčinka mu již nepřekáží. Uvolnění svalu také umožňuje uvolnění závitů kolagenní pružiny. Pokaždé, když polštářek jazyka proklouzne dalším závitem této pružiny, tento závit se vrátí do původního (nestlačeného) stavu a předá polštářku další část energie. A ten rychle letí vpřed, k požadovanému cíli.

Holandští vědci objevili celé toto zařízení pečlivým, důkladným a detailním studiem mikroskopických řezů chameleonova jazyka. Na jeho nejvnitřnější špičce objevili další úžasné zařízení – komplex šlach, které brání prodlužovacímu svalu v posouvání dozadu po kosterní tyči. Přítomnost tohoto „retrakčního komplexu“ zajišťuje, že se sval bude prodlužovat pouze dopředu, směrem ke špičce kosterní tyče, a proto k automatickému katapultu dojde, když sval sklouzne z této špičky na měkkou podložku. Jinými slovy, chameleonský katapult nepotřebuje žádný speciální „spoušť“. To je jedna z jeho výhod oproti běžnému katapultu.

Dalším důvodem je, že energie se na jazykovou polštářek přenáší po malých dávkách – jedné na každé otočení kolagenové pružiny. Zrychlení se tedy navyšuje plynule a ne jedním tlakem, což je velmi důležité, když katapult vymrští tak měkkou věc, jako je dlouhý jazyk. Příliš rychlý tlak by mohl vést k deformacím a vibracím měkké tkáně, což znamená ztrátu drahocenné energie. Někteří mloci také vymršťují jazyk metodou katapultu, ale nemají soustředné vrstvy elastického kolagenu, a proto, aby se zabránilo ztrátám energie v důsledku deformací, vymršťují spolu s jazykem i jeho tvrdou kostru. Chameleon se ukázal být vynalézavější. Dokáže v průběhu času měnit nárůst rychlosti svého jazyka – aby zrychlení bylo větší nebo menší. K tomu stačí, aby snižoval nebo zvyšoval porce energie přenášené na jazyk každým otočením kolagenu. Tohoto snížení nebo zvýšení energie přenášené při každém tlaku se dosahuje jednoduše změnou stupně natažení kolagenové pružiny, tedy v konečném důsledku stupněm kontrakce „střeleckého“ svalu.

Takové jsou zázraky přírody. A jen si pomyslete, že my, kteří se považujeme za inteligentní inženýry, jsme na takový princip „posuvné pružiny“ za všechna tisíciletí používání katapultů nepřišli. Možná proto pro nás záhada chameleoního jazyka zůstávala tak dlouho záhadou. Dokud se neobjevili de Groot a van Leeuwen.

Alexander Zaitsev

Vidíte na této fotce talentovaného lovce? Žádný? A on je.

Chameleoni jsou úžasná stvoření. Jejich vize, struktura kůže, princip lovu – to vše je jedinečné. Chameleon vypadá trochu zvláštně, až legračně. Ale tohle je pro člověka. A v přírodě je chameleon nebezpečný zabiják, tichý a přesný. Pravda, chameleon loví jen relativně malý hmyz, který dokáže spolknout. Jakmile chameleon spatří kořist, vyplázne dlouhý jazyk, který je na konci velmi lepkavý (o důvodu této lepivosti si povíme níže). Jazyk chameleona je jedním z nejvyvinutějších orgánů těla. Můžeme říci, že je to jeho šestá končetina (pokud počítáte jeho chápavý ocas jako jeho pátý). Pomocí jazyka je chameleon schopen zachytit a spolknout kořist až do třetiny hmotnosti zvířete. A to vše bez sebemenšího pohybu těla, funguje pouze jazyk.

Jak přesně chameleon uloví svou kořist, zůstávalo dlouhá léta záhadou. Bylo dokonce těžké pochopit, jak zvíře vymrští jazyk takovou rychlostí na takové vzdálenosti (dvě délky těla ve zlomku sekundy). A jak je oběť zajata a vrácena do tlamy chameleona, to je ještě složitější otázka. Jak se ukázalo, důvodem úspěchu tichého lovu je lepkavost chameleonova jazyka. Není to jen lepivé, ale extrémně lepivé.

Tato vlastnost jazyka je dána viskozitou chameleonových slin. Je 400krát viskóznější než lidské sliny. Za určitých podmínek se tato látka chová spíše jako elastická pevná látka než jako kapalina. To je klíč k pochopení mechanismu „zachycování jazyka“.

Sliny jsou produkovány ve velmi malých množstvích speciálními žlázami jazyka. Vědcům se navzdory všem potížím podařilo změřit viskozitu této kapaliny. Pomocí návnady byl chameleon schopen vystrčit jazyk a narazit na mikroskopické sklíčko. Na skle byly otisknuté sliny. Poté okamžitě začala druhá fáze experimentu – měření viskozity. Vědci použili druhé sklo potažené kontrolní kapalinou, jejíž viskozita byla známá. Poté se po první a druhé tekutině začaly valit drobné kovové kuličky. Sklo bylo nakloněno pod určitým úhlem. Maximální úhel sklonu, při kterém se kulička nekutálela dolů, ale zůstala v testovací kapalině, umožnil změřit viskozitu této kapaliny.

“Nečekaně vysoká viskozita slin naznačuje, že se kořist přilepí na jazyk chameleona prostřednictvím viskózní adheze,” řekl vedoucí studie Pascal Damman. „Ale ani znalost této hodnoty nestačí k určení síly viskózní adheze. K měření adhezní síly jsme použili dynamický model retrakční fáze.“

Vědci byli schopni zjistit, že když jazyk zasáhne hmyz, jazyk se roztáhne a oblast kontaktu s obětí se zvětší. To znamená, že se výrazně zvyšuje přilnavost hmyzu k povrchu jazyka. Navzdory skutečnosti, že jazyk se rychle vrací, síla úchopu je dostatečná, aby zabránila oběti „spadnout“. “Viskózní adheze je účinný způsob, jak udržet i velmi velkou kořist,” říká vědec. Viskózní tekutina vzniká pouze při vyhození jazyka.

Měření viskozity slin chameleona potvrdilo jeden z předpokladů o tom, jak chameleon drží kořist na špičce jazyka. V 50. letech minulého století byla vytvořena „teorie lepení“, podle níž se oběť jednoduše přilepí na určitou lepkavou látku na špičce jazyka chameleona. Poté byl předpoklad zavržen jako neudržitelný, protože chameleon může vyhodit z tlamy nepoživatelný předmět, což znamená, že sliny s tím nemají nic společného. Potvrzení přišlo také od vědců, kteří provedli experiment s blokováním nervů zvířete odpovědných za fungování jazyka. Po zablokování nervových kanálů, které ovládají špičku jazyka, chameleoni nebyli schopni zachytit oběti. Ano, jazyk byl vyhozen, ale kořist se k němu nepřilepila.

Nyní se ukazuje, že vědci, kteří o chameleonovi psali v 50. letech, měli pravdu. Další zajímavý bod. Chameleoni dokážou bez problémů vypustit velké oběti (pokud je kořist velmi silná) díky tomu, že při vymrštění nabere jazyk určitý tvar, podobný míse. Říkalo se tomu „přísavka“. Malý hmyz po zachycení okamžitě skončí v „misce“. Ale velká kořist je pokryta jazykem jen částečně.

Jazyk je vymrštěn působením dvou svalů na obou stranách hyoidní kosti chameleona. Vrací se ve formě spirálovitého svitku.

Jak rychlý je chameleon?

Letos se biologové z americké Brown University rozhodli zjistit, jak rychlí jsou chameleoni jako lovci. Vybrali 20 druhů chameleonů a začali natáčet zachycení kořisti zástupcem každého druhu vysokorychlostní kamerou (až 3000 snímků za sekundu). Jak se ukázalo, v průměru proces vyhození jazyka trvá pouze 1/20 sekundy. Vrácení jazyka do původní polohy s obětí trvá asi půl vteřiny. Během tří sekund dokáže chameleon identifikovat a chytit až 4 druhy hmyzu. Když chameleon neloví, jazyk drží na místě speciální kost v dolní čelisti.

Pokud jde o loveckou efektivitu různých druhů, nejsmrtelnějšími lovci byli chameleoni druhu Rhampholeon spinosus. Jejich velikost těla je pouze 4 centimetry, ale jejich jazyk je promítán do délky 2.5krát větší, než je délka těla zvířete. Jazyk přitom nabere rychlost 100 km/h za pouhou setinu vteřiny.

O něco méně výkonnými lovci jsou Brookesia superciliaris, Rieppeleon brevicaudatus a Trioceros hoehnelii. Jejich jazyk je dvakrát delší než jejich tělo. A nejméně smrtící pro oběť je obří chameleon Furcifer oustaleti, který dorůstá velikosti 60 centimetrů i více.

Podle odborníků je přesnost hodu jazykem malých druhů chameleonů vysvětlena vysokými náklady na energii. Pokud malý chameleon mine, bude muset nabrat sílu na další útok. Ale velký chameleon má dost energie na to, aby znovu házel.

Co jiného umí chameleon?

Samozřejmě změňte zbarvení a vzor těla. Tím je zvíře pro své oběti ještě smrtelnější. Schopnost měnit barvu je spojena se strukturou kůže chameleona. Vnější vrstva kůže obsahuje velké množství chromatoforových buněk. Tyto buňky obsahují zrna pigmentů různých barev, včetně černé, tmavě hnědé, načervenalé a žluté. Kombinace těchto barev umožňuje chameleonovi zbarvit si kůži do mnoha různých odstínů.

Kromě chromatoforů mají chameleoni také speciální buňky s krystaly uvnitř, které dokážou odrážet a lámat světlo. A v nejhlubší podkožní vrstvě chameleona vědci objevili krystaly, které pomáhají zvířeti odrážet infračervené záření. Díky těmto buňkám může chameleon odrážet infračervené záření a udržovat tělesnou teplotu v horkém počasí.

Zvíře dokáže rychle změnit barvu těla z černé na bělavou. V tomto případě se může změnit barva ne celé kůže, ale některé její části.

Barva se mění pod vlivem různých faktorů, včetně vnějšího prostředí a stavu těla zvířete. Některé druhy chameleonů nemění barvu kůže, aby se skryly, ale aby komunikovaly s příslušníky vlastního druhu.

• Populární věda
• Fyzika