生活方式 2024-05-06 19:34

African elephant reaching out toward the camera

看大象伸手去拿一根高高的树枝或喝水,它的鼻子一点一点地展开和伸展,以达到它的目的。

但是这种猛犸象不仅仅是用它的肌肉来移动。一项新的研究表明,覆盖在躯干上的折叠皮肤是伸展的关键。

佐治亚理工学院的研究人员与亚特兰大动物园合作,研究了皮肤和肌肉的组合如何协同工作,使大象能够够到远处的植被,并有力量撕扯树干。

他们所学到的可能有助于设计更好的机器人。

“这项研究一开始的目标是设计更先进的机器人供人类使用,”佐治亚理工学院机械工程博士生、第一作者安德鲁·舒尔茨(Andrew Schulz)告诉Treehugger。“但通过这个项目,更重要的是关注这一目标的可持续性影响,以及我们如何通过了解大象的生物力学来帮助保护大象,这一领域被称为保护生理学。”

大象的鼻子是一组有趣的肌肉组合,它们一起工作。这些肌肉与覆盖在附属物上的聚集的皱纹皮肤一起工作。

“大象的鼻子有一系列不同的肌肉,使它们能够伸展、缩短、扭曲和弯曲!”舒尔茨说。“皮肤在躯干的延伸中起着至关重要的作用,因为皮肤直接连接到躯干的外部肌肉;因此,当肌肉运动时,有深度皱纹的皮肤会帮助躯干伸展,同时保持力量。”

伸缩树干伞

在他们的研究中,研究人员拍摄了动物园里两只非洲草原大象伸手去拿苹果和麸皮块的视频,然后研究了视频,观察大象的鼻子在伸展时是如何工作的。

他们发现,它不是均匀地伸展,而是像雨伞一样伸缩移动。这与乌贼和章鱼的触须非常不同,它们也是无骨的、肌肉的附属物。

舒尔茨说:“我们本以为会发现大象的鼻子和其他肌肉水动器(舌头和触手)的伸展相似,但我们发现了完全不同的东西。”

“大象在鼻子的顶部和底部拉伸的方式不同,这是因为鼻子顶部和底部的皮肤不对称,这可以用大象的皮肤来解释。”

树干的顶部比树干的底部更灵活。当躯干伸展超过10%时,背侧部分开始比腹侧部分延伸得更远。

大象首先在它的鼻子尖周围延伸一段皮肤,然后再延伸一段,再延伸一段。根据研究人员的说法,从鼻尖到身的逐渐移动是有意为之的。舒尔茨说大象和人一样懒惰。

“说大象像我们一样懒惰是一种生物学上的必要!”舒尔茨说。“大象不喜欢浪费能量,因此,当它们把鼻子像伸缩杆一样伸展时,它们会从鼻尖开始,因为鼻尖只有一升的肌肉。与躯干底部(靠近象牙)相比,这个体积有近11升的肌肉,因此大象通过在躯干底部之前移动尖端,在拉伸时效率很高。”

舒尔茨说,他使用了一幅1908年的画,当时他正在研究大象的鼻子解剖,因为在过去的一个世纪左右,对这种动物的生物力学研究还不多。

该研究结果发表在《美国家科学院院刊》(PNAS)上。

机器人和有限公司并且

研究结果为理解大象的解剖和生物力学提供了更多的线索,但它们可能有助于设计软机器人。他们也可以提供保护领域的见解。

舒尔茨说:“我们希望从大象身上获得灵感,但重要的是考虑到这些动物的保护关系,目前预计这些动物将在未来15-20年在野外灭绝。”

“通过对大象的解剖,我们已经能够量化大象的皮肤及其与肌肉一起工作以拉长的功能。在保护关系中,我们看到不同的解剖学相互作用,有助于在野外受伤的大象的皮肤修复,就像帮助鼻子周围的皮肤穿刺一样。”