Kilka gatunków zafascynowało obserwatorów swoją zdolnością do skakania na boki i wzbijania się w powietrze z powierzchni stawu, jakby woda była lądem. Jedną z takich ras pochodzących z Wirginii i Północnej Karoliny jest żaba krykietowa. Sposób, w jaki te żaby poruszają się w wodzie, może dostarczyć wiedzy na temat narzędzi przyszłości robotyki, jednostek pływających i nie tylko.
Jake Socha, profesor inżynierii mechanicznej Samuela Herricka, kieruje zespołem badawczym badającym wyjątkową zdolność żaby krykietowej do „skakania”, co jest inną nazwą skakania wiele razy z rzędu. Odkrycia zespołu opublikowano w czasopiśmie Journal of Experimental Biology, a pierwszą autorką była dyplomowana badaczka Talia Weiss.
„Skakanie” nie jest właściwie dobrze zdefiniowanym słowem na to zachowanie – pewien przyrodnik użył go do opisania zachowania żab w postaci „skakania po wodzie” w 1949 roku i od tego czasu jest ono używane do określenia tego typu lokomocji w całej poniższej literaturze – powiedział Weiss. „Część tych badań polega nie tylko na badaniu tego zachowania żab krykieta, ale także na próbie nadania„ skakaniu ”bardziej precyzyjnej, naukowej definicji”.
Jak oni to robią? W swoich badaniach członkowie zespołu Sochy odkryli, że w powszechnych opiniach ogólnie podaje się, że żaba przepływa przez wodę bez tonięcia, choć może to wymagać wysoce specjalistycznej anatomii. Co ma ta żaba, czego nie mają inne żaby?
„Nasze laboratorium badało wiele zwierząt i wiele z nich wykazuje fascynujące zachowania w poruszaniu się w swoim środowisku” – powiedział Socha. „Pokorna żaba krykietowa mieszka w pobliżu, a mimo to wciąż zaskakuje nas swoimi zdolnościami, co jeszcze bardziej motywuje naszą ciekawość zrozumienia świata żywych.
Szybkie wideo dla szybkich żab
Żaby krykieta to jedna z najmniejszych żab w Ameryce Północnej, z łatwością mieszcząca się na kciuku dłoni przeciętnego dorosłego człowieka. Aby obserwować żabę krykietową w ruchu, członkowie zespołu wykorzystali szybką kamerę wideo. Nagrali, jak żaba skacze zarówno po lądzie, jak i po wodzie, obserwując ruch jej nóg podczas poruszania się po obu stronach.
Zespół odkrył, że żaby faktycznie toną przy każdym skoku. Podczas gdy „skakanie” daje obraz żab swobodnie skakających po wodzie, podczas gdy pod powierzchnię wody wnikają tylko ich stopy, nagrania pokazywały inny obraz. Socha, Weiss i ich koledzy z drużyny zauważyli, że za każdym razem, gdy żaba spada po skoku, całe jej ciało zanurza się. Ruch ten nie przypominał swobodnego skakania i tańca żaby po wodzie, a bardziej pluskania i skoku. Ich ruchy można by raczej nazwać „morświnem” od ruchu, jakiego używają morświny lub delfiny: wyskakiwania w powietrze spod powierzchni wody.
Start z wody
Powodem, dla którego żaby krykietowe wydawały się wcześniej tańczyć po wodzie, patrząc na nie oczami, jest głównie ich szybki ruch.
Aby zarejestrować ten ultraszybki ruch, zespół użył 20-litrowego szklanego zbiornika i wpuścił do niego żaby. Kamery o dużej szybkości rejestrujące prędkość do 500 klatek na sekundę skierowano z boku szklanego zbiornika, aby uchwycić akcję nad i pod powierzchnią wody. Gdy żaby podskoczyły, zespół uchwycił ich ucieczkę.
Materiał filmowy został następnie spowolniony do niewielkiego ułamka pierwotnej prędkości. Oglądając materiał, członkowie zespołu dokonali zaskakującej obserwacji: żaby rzeczywiście zatonęły.
„To fascynujące, jak łatwo dać się zwieść szybkim ruchom zwierząt” – stwierdziła Socha. „W tym przypadku jesteśmy oszukani przez żabę, która wygląda jak skaczący kamień, ale w rzeczywistości skacze i zanurza się kilka razy z rzędu. Żaby świetnie skaczą, ale większość z nich nie wykazuje zachowań morświna, a my nadal tego nie robimy Nie wiem dlaczego. Czy jest coś szczególnego w skoku żaby, czy jest to po prostu kwestia małego rozmiaru ciała?
Obserwując je w zwolnionym tempie, członkowie zespołu mogli obserwować ruch żaby podczas chowania i prostowania kończyn. Zauważyli również, że kąt jego ciała względem linii wodnej odgrywa rolę, umożliwiając mu utrzymywanie równowagi w wodzie. Podzielili każdy cykl skoku na:
Start z pozycji zanurzonej Antena lub czas w powietrzu po skoku Powrót do wody Powrót do wody Regeneracja, przygotowanie do następnego skoku
W ciągu nieco ponad jednej sekundy żaba wystartowałaby całkowicie zanurzona, wyciągając łapy w podwodnym pchnięciu, aby wyrzucić ciało nad powierzchnię. Jego tylne nogi pozostawały wyciągnięte podczas poruszania się w powietrzu, a przednie kończyny przestawały z naciskania na ciało i sięgały do przodu. Wyciągnięte przednie nogi jako pierwsze uderzają w wodę po ponownym wejściu, a tylne nogi są nadal wyciągnięte, gdy woda tonie. Gdy opada, tylne nogi cofają się i zginają z powrotem do pozycji skoku. Wykonywany jest kolejny skok, powtarzając ruch.
To w zasadzie klapa na brzuchu.
Zespół zaobserwował, że żaby wykonały aż osiem skoków z rzędu, a każdy z nich był w pełni wykonany w mniej niż sekundę.
Zrozumienie skitteringu jest ważnym odkryciem w dziedzinie biologii, ale kryje w sobie także inne klucze. Odkrycie to zapewnia nową fizyczną podstawę dla przyszłości robotyki inspirowanej biologią. Można go zastosować w systemie testowania wody, który należy szybko wdrożyć, lub w amfibijnym dronie wykonującym pomiary głębokości wody. Te futurystyczne urządzenia mogą czerpać z natury wskazówki i korzystać ze sprawdzonych metod, z których żaby korzystają od wieków.