Pattes d'araignée et comment ils fonctionnent - L'Infini Araignée
Les araignées sont des œuvres étonnantes de l'ingénierie (Photo: Karen McDonald).
Comment les jambes d'araignée travail
Avouons-le, les araignées sont considérés comme la chair de poule par une grande majorité des gens du monde entier. Pourtant, quand vous leur demandez, la plupart des gens ne peuvent pas nommer vraiment ce qu'il est sur les araignées qui les freaks tant. Habituellement, les explications commencent aux yeux globuleux, des crocs, des morsures, ou envelopper leurs proies. mouvement Spider est également en haut de la liste. Ils saborder et se précipitent dans la nuit (surtout quand vous allumez les lumières et ils détalent), sauter, et fonctionnent généralement de manière « chair de poule ». Mais ce qui rend leur mouvement vraiment étranger et la chair de poule à nous? La réponse réside dans deux éléments clés de leur anatomie, leur squelette et les muscles.
Tout d'abord, consultez cette courte vidéo d'une marche d'araignée, pour vous donner un peu de contexte:
Les araignées sont des arthropodes, ce qui signifie littéralement « pieds commun ». Comme tous les arthropodes ils manquent d'os et un squelette interne. Au contraire, ils ont un squelette externe dur appelé un exosquelette. Ce exosquelette est fait de chitine, quelque chose de semblable à nos ongles et les cheveux. Il est super solide et léger. Mais comment est-ce lié à leur mouvement cool chair de poule? Les araignées ne sont pas des os internes, ce qui signifie qu'ils ne sont pas les mêmes muscles et attachements que les vertébrés ont.
Ici vous pouvez voir l'ancien exosquelette d'une araignée (couleur plus claire) et l'araignée nouvellement émergé, qui vient de muer ou un hangar (plus sombre et plus). (Photo: Rob Barber, le partage Flicker).
Dans le corps des vertébrés, comme les humains, il existe trois types de muscles. Ce sont cardiaques (coeur), viscérale (organes internes), ou squelettique. Les os de notre squelette sont déplacés par les muscles qui se fixent directement sur chaque os par paires antagonistes. Ceux-ci sont des muscles fléchisseurs et extenseurs. La contraction des muscles fléchisseurs provoque un joint à coude (penser 'fléchissant vos muscles), tandis que extenseurs provoquent un joint à ouvrir. Muscles fléchisseurs et extenseurs nous donnent smoth mouvement dans le mouvement dans nos muscles. Les araignées ne sont pas ce même mouvement.
Les jambes d'araignée a 7 articulations (Photo: Eky.edu).
Les humains ont une seule articulation majeure par branche (genou, coude, etc.), mais les araignées ont sept articulations pour chaque jambe. Le résultat d'avoir un exosquelette plusieurs jointé est que les araignées n'ont pas le soutien des os pour une flottille de fléchisseurs et extenseurs. Il n'y a pas assez de place à l'intérieur de leur corps pour la fixation, et même s'il y avait, tous ces muscles ne les rend super lourd et lourd. En plus de cela les araignées n'aurait pas assez d'énergie pour garder les muscles au chaud (il est difficile d'être une créature « sang froid »), ni assez d'oxygène pour supporter un grand nombre de muscles.
Donc, si les araignées peuvent naturellement fléchir leurs membres vers l'intérieur, comment ils poussent leurs jambes pour courir vers l'extérieur, sauter et se déplacer sans extenseurs? La réponse est la pression hydraulique. est rempli de corps d'un squelette avec un fluide qui est comme le sang (bien que certains ce différent) appelé hémolymphe. Si vous vous souvenez, les araignées ont seulement deux parties du corps, la première est la tête fondue et milieu, appelé céphalothorax (# 2 ci-dessous). L'autre est leur abdomen (# 3).
L'araignée a deux partie de corps principal, la tête et le thorax fondue, appelé cephalothorax (2), l'abdomen (3) et 8 pieds (1). (Photo: Wiki Commons).
Les huit pattes d'araignée sont attachés à la cephalothroax pour une bonne raison. déplacement vers l'extérieur de chaque jambe est commandée par l'intermédiaire du cephalothroax, qui régule l'hémolymphe de circulation hydraulique et de la pression. Les araignées ne ont pas besoin de muscles extenseurs, car ils peuvent utiliser le mouvement / hydraulique fluide pour « pousser » leurs jambes. Le cephalothorax agit quelque chose comme un très finement calibrée, des soufflets remplis de fluide qui pousse hémolymphe autour du corps de l'araignée en une fraction de seconde. Les muscles fléchisseurs dans les jambes de l'araignée veulent naturellement se contracter, mais la pression hydraulique permet aux jambes de se déplacer vers l'extérieur et résister à cette contraction. Avez-vous déjà vu une araignée morte avec huit pattes recroquevillées? (Oui, je sais, la plupart d'entre vous acclamés) En effet, lorsque l'araignée meurt ses jambes se contractent naturellement en raison des muscles fléchisseurs qui manquent de résistance hydrostatique.
Ne pensez pas que simplement parce que les araignées n'ont pas ensembles de muscles fléchisseurs et extenseurs qu'ils ne peuvent pas se déplacer efficacement. Comme la plupart d'entre vous savent qu'ils peuvent se déplacer assez vite. Les araignées sauteuses (
1-20 mm de longueur) sont pensés pour être en mesure de sauter entre 30 et 40 fois leur propre longueur!
Les araignées sauteuses nous hydrauliques à réaliser des prouesses olympiques de saut (Photo: Wiki Commons).
L'une des raisons pour lesquelles les araignées sont naturellement frileux et peur de l'être humain (lire les prédateurs) est parce qu'ils dépendent de la pression hydrostatique dans leur squelette. Si elles sont crevés ou perdre une jambe, ils risquent de perdre leur pression et littéralement dégonfler. Chez certaines espèces, il y a des contrôles ou des vannes dans leurs jambes pour empêcher la déflation, mais s'ils perdent assez hémolymphe le seraient pas en mesure de se déplacer. Leur corps principal est également très vulnérable aux crevaisons et même la mort.
L'autre résultat d'avoir un exosquelette (qui tous vous arachnophobes vont adorer) est que les araignées ne peuvent pousser à être très grand. C'est en partie parce que l'hydraulique de cette nature et leur exosquelette d'affiliation ne peuvent pas supporter les animaux terrestres qui sont très grandes. Consultez mon post sur « Tueur de 50 pieds » pour plus blattes.
Araignées et BIOMIMÉTISME
Comme les lecteurs réguliers de mon blog savent que j'adore biomimétisme, un domaine de la science et de l'ingénierie dédiée aux solutions de modélisation de la nature. hydraulique Spider sont actuellement à l'étude par les chercheurs pour voir si elles peuvent créer des robots qui se déplacent comme des araignées faire. Si vous avez pas lu mon post sur les imprimantes biomimétisme et 3D, vérifier ici.
SPIDER LEÇONS HYDRAULICS
Un bras hydraulique très rudimentaire que les élèves ont construit (Photo: Karen McDonald)
Pour mes cours, j'ai commencé avec une leçon rapide sur l'anatomie d'araignée, puis l'hydraulique et pneumatique (en utilisant des seringues et tuyaux). Ensuite, je devais travailler les élèves en groupes, et leur a donné des fournitures, sans instructions de construction. Je les ai fait des suggestions pour un bras hydraulique, y compris les critères et les contraintes du projet (et oui, ce soit aligné avec la prochaine génération des normes scientifiques). Ils devaient dessiner une conception, comprendre les matériaux, développer un concept de la façon dont le bras doit travailler et après l'approbation de construire le bras. Il peut prendre deux ou trois périodes de classe, selon si vous voulez avoir des défis « de levage ».
La beauté de ce projet est qu'il peut aussi être fait à la maison, à l'école à la maison, ou tout simplement pour le plaisir pendant les vacances. Vous pouvez même acheter des kits hydrauliques en ligne. Il n'y a pas de fin à la créativité!
Ce qui est de ne pas aimer sur les araignées sauteuses adorables? (Photo: Wiki Commons).
Même si les araignées peuvent être considérés comme la chair de poule, je les vois comme la chair de poule-cool. Ils nous offrent une mine d'informations et d'apprentissage, de la façon dont ils tournent un matériau qui est plus fort que le câble d'acier, la façon dont ils se déplacent. Espérons que maintenant vous aussi aurez un plus grand respect pour l'humble araignée, et le laisser ramper sur son chemin.