Knäpparskalbaggen Alaus oculatus. Man ser från ryggsidan leden mellan första mellankroppssegmentet (som bär det första benparet) och andra mellankroppssegmentet (med andra benparet). Den här knäpparen har stora ögonliknande fläckar på huvudet som förmodligen används till att skrämma bort rovdjur. Courtesy of the Department of Entomology and Nematology at the University of Florida.
Varifrån kommer den kraft som gör att vissa skalbaggar kan från ryggläge sprätta högt upp och vända?
Det handlar om en skalbaggsfamilj som kallas knäppare (Elateridae). Dessa skalbaggar kan röra sig mycket snabbare än deras egna muskler kan dra ihop sig!
Som alla insekter har knäpparna ett huvud, en mellankropp och en bakkropp. Mellankroppen består av tre segment och varje segment bär ett par ben. Knäpparen ligger på rygg före hoppet. Den har en tapp baktill på första mellankroppssegmentets bröstsköld. Tappen passar
i en fördjupning framtill i andra mellankroppsegmentets bröstsköld. På ryggsidan finns det en led mellan dessa två segment (se bilden ovan).
När knäpparen ska hoppa aktiverar den en muskel inne i mellankroppen. Muskelns effekt är att böja hela skalbaggen i leden mellan första och andra mellankroppssegmentet. Det innebär att framdelen och bakdelen av skalbaggen rör sig mot varandra som delarna av en fällkniv. Eftersom leden finns på ryggsidan, rör sig framdelens buksida mot bakdelens
buksida eller vice versa, d.v.s. båda delarna tenderar att röra sig uppåt när skalbaggen ligger på rygg.
Men när muskeln börjar dra ihop sig fastnar på buksidan första mellankroppssegmentets tapp i fördjupningen på andra mellankroppssegmentet, så att fällkniven låses och inga rörelser kan ske. Muskeln fortsätter emellertid att aktivt förkorta sig så att spänningen i den ökar kraftigt. Muskeln är nu som ett kraftigt spänt gummiband. I detta läge blir muskelkraften så stor att tappen lossnar från fördjupningen. Knäpparen viker då oerhört snabbt ihop sig som en fällkniv, vilket leder till att den hoppar
upp till 30 cm upp i luften.
Observera att muskelkontraktionen sker före hoppet, men att elastisk lägesenergi lagras i muskeln under loppet av kontraktionen. Detta gör att själva kroppsrörelsen kan ske mycket snabbare än om den drevs direkt av en muskelkontraktion. Under fällknivsrörelsens 0,5 millisekunder (0,0005 sekunder!) rör sig knäpparen ca 0,6 till 0,7 mm från stillastående. Accelerationen beräknas motsvara 400 g! En sådan oerhört snabb acceleration kan omöjligt åstadkommas genom direkt muskelkontraktion.
En modell av en loppa. Pilspetsen pekar på den led som böjs när hoppmekanismen spänns. Bendelen till vänster om pilspetsen kallas coxa, den till höger om pilspetsen femur. Coxa förblir nedåtriktad, medan femur vrids uppåt tills den är parallell med coxa. Sedan är loppan redo för språnget. Se vidare nedan. Läs även här om loppor. Med tack till Zoologiska muséet vid Lunds universitet. Muséet är väl värt ett besök!
En liknande mekanism används av hoppande loppor. Med hjälp av muskelkraft böjer loppan en led i de bakersta benen så att den är böjd som en hopvikt fällkniv. Då kommer elastisk lägesenergi lagras i en del av mellankroppens vägg. Här finns ett ämne som kallas resilin. När denna rörelse utförts låses hoppmekanismen. Hoppet startas sedan genom en "avtryckarmekanism" som öppnar låset. Resilinet återtar då sin form, vilket gör att benet mycket snabbt rätas ut och loppan hoppar i väg. Resilin har mycket bättre elasticitetsegenskaper än gummi! 1999.
Hej! För några månader sedan köpte jag s.k. "hoppande bönor". Jag skulle gärna vilja veta mer om dem!
De så kallade "mexikanska hoppande bönorna" är bitar av frökapslar från en buske tillhörande familjen törelväxter (Euphorbiaceae). Inuti kapseln finns en larv av nattfjärilsarten Laspeyresia salitans. Larven äter av fröet inuti kapseln. Det är kraftiga rörelser av larven inuti kapseln som får bönorna att hoppa. Läs mer om hoppande bönor på sajten "Jumping Beans". 2001.
Tre gångarter hos en australisk sötvattenskrokodil (Crocodylus johnstoni). På videon kryper krokodilen först med buken mot marken, sedan lyfter den kroppen och går med benen under sig som ett däggdjur. Till slut börjar den galoppera. Den sätter inte som en snabbt galopperande häst fötterna i marken vid olika tidpunkter, så kallat fyrsprång. I stället rör den sig som en kanin. Frambenen rörsig parallellt och tar mark samtidigt, och bakbenen rör sig på samma sätt. Detta rörelsesätt kallas ofta språng. Djuret är dresserat av den erfarne krokodiltränaren Adam Britton. Video from YouTube, copryright John Downer Productions.
Hur fort kan en alligator springa? Och hur länge kan denna upprätthålla denna hastighet?
Vi vidgar frågan till att behandla alla krokodildjur (krokodiler, gavialer, kajmaner och alligatorer). Det kan vara intressant att veta att en människa vid en rask promenad har en hastighet på 4-5 km/tim. Det har påståtts att alligatorer kan nå upp emot 60 km/tim på land, men detta är lyckligtvis helt fel. Chansen för en människa att undkomma en alligator på land är rätt god.
På land rör sig krokodildjur vanligen genom att krypa med buken mot marken och röra på benen samtidigt som kroppen slingrar sig som hos en krypande orm. Detta går vanligen långsamt, men hastigheten kan närma sig 5-10 km/tim, bland annat vid fara, då djuret flyr till närmaste vatten.
Krokodildjur kan också röra sig gående med kroppen lyft från marken, medan benen är placerade under kroppen och bär upp kroppsvikten. Det är så däggdjur rör sig och man tror att krokodilernas landlevande förfäder rörde sig på detta sätt. Krokodildjurens vrist är utformad så att de kan vrida foten och rikta tårna framåt. Det är detta som möjliggör gång med upplyft kropp. De flesta ödlor kan inte vrida foten framåt och därför måste de röra sig med benen utåtriktade från kroppen. Krokodildjur kan emellertid bara röra sig korta sträckor med upplyft kropp och hastigheten är låg, som mest cirka 5 km/tim.
Hos vissa krokodilarter, men inte hos alligatorer, har man iakttagit en tredje gångart, galopp. En galopperande krokodil rör sig som en springande kanin. Frambenen rör sig samtidigt framåt och tar mark. Därefter rör sig bakbenen samtidigt framåt och tar ofta mark framför frambenen. Sedan upprepas dessa rörelser. En kort stund är hela krokodilen luftburen, utan kontakt med marken! Galoppen är den snabbaste gångarten. Hastigheten kan bli 15-20 km/tim, men djuren kan bara galoppera 15-20 meter, sedan orkar de inte mer.
För att summera, om man inte ramlar rakt på alligatorn så kan man nog springa ifrån den. Helt annorlunda är det naturligtvis i och nära vatten där vissa krokodildjur kan simma så snabbt, upp emot 15 km/tim, att de hoppar upp i luften och hugger tag i sitt byte. 2012.
Vi håller på att undersöka hur krabbor är anpassade till sin omgivning. Vi undrar om du har någon som helst aning om vilken sorts muskelvävnad, leder och ledvätskor det finns i krabbans främre klor och övriga extremiteter. Är ledvätskan det gröna flytande som kommer ut då man öppnar klon på en rå krabba? Vet du varför krabban går i sidled? Hoppas att ni kan hjälpa oss!
Krabbans muskulatur i benen är av tvärstrimmig typ. Krabban har ett halvöppet blodkärlssystem och ett yttre skelett. Ledytorna ligger i anslutning till ytterskelettet, och är inte isolerade som hos oss. Mellan de olika delarna av benen finns mjukare områden (består av protein) som tillåter rörlighet i leden. Speciell ledvätska saknas: om man öppnar klon på en krabba bör inte något grönt flytande komma ut. Det som är grönt inne i krabbans kropp är en matsmältningskörtel (hepatopancreas).
Krabbor kan gå framåt, men om de skall röra sig snabbt går de åt sidan. Det här med gången i sidled är intressant. Krabban har fyra par gångben, och det är en tendens att antalet gångben minskar under evolutionens gång hos kräftdjur, speciellt hos bottenlevande. Urkräftdjuren hade flera extremiteter, vilket kan vara en fördel om man är simmande. Om ett kräftdjur är bottenlevande så är det svårt att hålla ordning på alla benen, i synnerhet om man vill röra sig snabbt. En reduktion i antalet ben gör att styrningen av rörelsen blir lättare. Personligen tror jag att fördelen med att kunna röra sig sidledes (åt båda hållen) gör kontrollen av benen ännu lättare eftersom rörelsen enbart kommer att ske i två plan (inte tre som vid gång framåt). Dessutom tror jag att det kan förvirra ett rovdjur: om det skall attackera en krabba som sitter på botten vet den inte åt vilket håll krabban kommer att röra sig (åt höger eller vänster). Detta har en mänsklig (krigisk) motsvarighet. Under första världskriget byggde engelsmännen ubåtsjaktfartyg som var helt symmetriska: det var då mycket svårt för en ubåt att avgöra åt vilket håll den rörde sig, och alltså svår att träffa med en torped. 2004.
En gaffelantilop ("pronghorn"; Antilocapra americana). Detta nordamerikanska djur är inte en antilop, utan bildar en egen grupp bland de partåiga hovdjuren. Gaffelantilopen anses vara den snabbaste långdistanslöparen bland alla världens djur. Den är utrustad med ett effektivt cirkulationssystem som kan ge den ett exceptionellt högt blodflöde genom de arbetande skelettmusklerna. Den har också enormt stora lungor jämfört med andra däggdjur med samma kroppsvikt. Courtesy of U.S. Fish and Wildlife Service.
Hej! Hur står det till? Det sägs att djur med längre ben är snabbare än djur med kortare ben. Alltså borde då hovdjur vara de snabbaste landdjuren. Men trots detta är geparden världens snabbaste landdjur. Jag tror att hovdjuren har blivit överskattade. För att styrka detta har jag bifogat en figur med världens snabbaste djur. Ta en titt på det.
Tack bra! Hoppas det samma gäller dig!
Pilgrimsfalken anses ju vara det snabbaste djuret. Men som du påpekar i diagrammet når den sin höga hastighet genom att falla, inte genom muskelarbete. Så den räknar vi bort.
Det är helt rätt att långa ben möjliggör en högre löphastighet. På grund av hävstångseffekter kan djur med längre ben röra fötterna snabbare och de kan dessutom ta längre steg. Men den maximala hastigheten bestäms inte bara av benlängden. Den påverkas också av en rad andra faktorer, till exempel muskelcellernas kraftutveckling och sammandragningshastighet, djurets anaeroba kapacitet (på korta sträckor, då det gäller att bilda och tolerera mycket mjölksyra) samt dess aeroba kapacitet (på längre sträckor, då det gäller att tillföra mycket syre till musklerna). Precis som mänskliga idrottare är olika djurarter också olika bra på olika löpsträckor. Så man kan inte förutsäga ett djurs maximala hastighet enbart genom att titta på benens längd.
Notera att djuren i din figur haft olika förutsättningar. Det förklarar hur lejonet kan nå samma hastighet som gasellen. Lejonet gör ett mycket kort ryck när den förföljer ett byte. Gasellens hastighet mättes över en kvarts engelsk mil (ca 400 meter). Lejonet skulle inte haft en chans mot gasellen på 400 meter. Däremot är den ungefär jämbördig med gasellen på korta ryck. Den fångar ju då och då en gasell. Motsvarande resonemang gäller för lejonet och hästen. Lejonet kan ju också övermanna zebror, som är nära släkt med hästen.
Geparden är på 100 yards (ca 90 meter) snabbare än gaffelantilopen på 400 meter. Men på längre sträckor, där det behövs en stor aerob kapacitet, hade geparden inte haft en chans. Gaffelantilopen är förmodligen det snabbaste däggdjuret av alla på längre distanser.
Geparden är ett mycket snabbt kattdjur som finns i Afrika och i södra Asien. Den letar reda på sitt byte med hjälp av synen, inte lukten som ju används av många andra rovdjur. Sedan fångar den sitt byte genom att springa ifatt det. Det finns uppgifter att geparden från stillastående eller gående kan komma upp i en hastighet av mer än 97 km/tim på mindre än 3 sekunder. Få om några bilar torde kunna accelerera så snabbt. Geparden kan över korta sträckor nå en maximal hastighet på ca 104 km/tim. Men den är en extrem sprinter. Anloppet mot bytet varar i regel bara några sekunder.
I gepardens skelettmuskler är det en mycket stor övervikt av s.k. snabba glykolytiska muskelceller. Sådana muskelceller drar ihop sig mycket snabbt. För att kunna arbeta snabbt måste de också ha en mycket hög anaerob kapacitet. Detta innebär att de snabbt och effektivt kan mobilisera kemisk energi för muskelkontraktionen utan tillgång till syrgas. Vid anaerob energimobilisering används först muskelcellernas förråd av det energirika ämnet kreatinfosfat. Därefter bryts förråd av kolhydraten glykogen i muskelcellerna ner under bildning av mjölksyra. Förmodligen ansamlas mycket mjölksyra i gepardens muskelceller under jakten. Geparden är också mycket uttröttad efter en jakt och behöver en lång återhämtningsperiod. 2000.
Hur många fötter har en tusenfoting? Varför har bläckfiskar har åtta eller tio armar?
Ett bättre namn på tusenfotingar är mångfotingar. Alla mångfotingar har färre ben än tusen. Alla mångfotingar har en kropp som innehåller många segment. gränserna mellan segmenten syns på djurens utsida. Det finns fyra slags mångfotingar. Enkelfotingar (Chilopoda) har ett par ben per segment (utom det första och de tre sista segmenten). De anges ha mellan 15 och 180 par ben, alltså högst 360 ben totalt. Hos dubbelfotingarna (Diplopoda) är de flesta segmenten parvis sammansmälta. Varje sådant dubbelsegment har två par ben. Dubbelfotingar anges ha mellan 17 och 375 par ben, alltså högst 750 ben totalt. Dvärgfotingarna (Symphyla) har bara tolv par ben. Fåfotingarna (Pauropoda), slutligen, har endast nio till elva par ben. De fyra grupperna av mångfotingar är troligen inte närmare släkt med varandra.
En del bläckfiskar har tio armar, en del åtta armar och ett fåtal (släktet Nautilus) 80-90 armar. Jag tror inte att någon vet varför det är på det viset. 2004.
Jag heter Elin och är sju år. Här kommer min fråga om hundar. Varför har hundar fyra ben?
Det är en mycket bra fråga. De flesta djur är bilateralsymmetriska (läs mer här om detta). Detta innebär att de har 1) en högersida och en vänstersida som är spegelbilder av varandra, 2) en framände och en bakände samt 3) en ryggsida och en buksida. Fördelen med detta är att det blir lätt att röra sig mot ett mål, till exempel mot ett ställe där det finns mat. Vi människor är förstås bilateralsymmetriska. Det är därför vi har två armar, en på varje sida, och två ben, ett på varje sida. Precis som vi, så har alla djur som går med ben ett jämnt antal ben, lika många på varje sida. Fåglar har två gångben, hundar och andra däggdjur (utom människor) har fyra gångben, insekter har sex gångben, spindlar, dolksvansar och många kräftdjur har åtta gångben. Men varför har hundarna just fyra ben? Inte två, inte sex, inte åtta och inte tio? Det beror på att däggdjuren härstammar från utdöda fiskar som hade två par fenor längs med sidorna, ett par bröstfenor och ett par bukfenor. Dessa fenor utvecklades till de fyra ben som vi ser hos groddjur, kräldjur, fåglar och däggdjur. Fåglarnas vingar och människornas armar var från början gångben.
Vilket är då det bästa antalet ben man kan ha? En hel del talar för att det är sex ben. Insekterna skulle alltså vara bättre konstruerade än vi däggdjur. Det minsta antalet stödpunkter som kan ge stöd åt kroppen utan att man behöver balansera är tre. Tre ben ger dessutom stöd i alla lägen, så länge kroppens tyngdpunkt befinner sig inom den triangel som bildas av fötternas stödpunkter på marken. Ett trebent bord vickar aldrig. De sexbenta insekterna har två uppsättningar med tre ben och kan alltså vid gång växla mellan två mycket stabila lägen. Ju fler ben man har, ju svårare blir det att samordna dem. Man ser därför en tendens i djurvärlden till att antalet gångben minskar som en anpassning effektiv gång. Insekterna skulle således ha det minsta antalet ben som kan ge maximal stabilitet.
Fiskar med tre par fenor har förmodligen aldrig funnits. Men låt oss låtsas att hundar och människor hade härstammat från fiskar med tre par fenor. Då hade hundarna haft sex ben och människorna fyra armar och två ben! Tänk vad mycket man kunde ha gjort med fyra armar! 2005.
Hej. Varför finns det inga levande varelser med tre, fem eller sju ben?
Som en anpassning till att röra sig så är de flesta djur bilateralsymmetriska. Det innebär att de har ett (och endast ett) symmetriplan som delar dem i två halvor som är spegelbilder av varandra. Läs om detta här ovan.
En följd av detta är att djuren får ett jämnt antal gångben (lika många på varje sida): fyra hos däggdjur, två hos fåglar (frambenen är omvandlade till vingar), sex hos insekter, och åtta hos spindlar. Läs dock om kängurgång nedan.
Djur som är radialsymmetriska (läs om detta här) kan däremot ha ett udda antal extremitetsliknande utskott. Ett exempel är sjöstjärnor som oftast har fem armar. 2004.
Den har något som man kan kalla för "femfotagång" eller "pentapedal" gång när den inte har bråttom. Om den har bråttom så hoppar den ju. Femfotagång innebär att den först sätter ner bakbenen och sedan samtidigt som den sätter ner framfötterna så sätter den ned svansen. Svansen är alltså ett femte "ben". Framfötterna är nämligen ganska små och behöver hjälp att hålla kroppen uppe.
Som bekant så hoppar kängurur på bakbenen, håller framtassarna mot bröstkorgen och använder sina stora svansar som motvikter. En viktig anledning till att en känguru kan hoppa så högt och långt är att den kan lagra elasticitet. När den landar spänns hälsenan. Hälsenan är som ett jättestort gummiband. När kängurun ska ta nästa hopp drar hälsenan ihop sig och ger extra kraft vid avstampet. Kängurun har en inbyggd studsmatta. En kängurustylta fungerar precis som en känguru. Fjädern i skaftet lagrar elastisk energi som ger hjälp vid avstampet. Också vi människor kan lagra elastisk lägesenergi i våra senor när vi springer. 2004.
Min son går i trean och har en massa frågor om gräshoppor. Vi är inte så haja på det här med datorer, så jag ser en genväg här genom er, hoppas det går bra. Han undrar såna frågor som: hur högt gräshoppan kan hoppa? Kan ni skriva ner lite om det så vore jag tacksam.
Här är några siffror som visar hur högt olika hoppande djur kan hoppa. Det handlar om stående höjdhopp, d.v.s. hopp utan ansats, så världsrekordet i höjdhopp på mer än 240 cm kommer inte med.
En loppa hoppar ca 20 cm
En knäpparskalbagge hoppar ca 30 cm
En gräshoppa hoppar ca 60 cm
En människa hoppar ca 60 cm
Varför hoppar människan bara 60 cm? En specialtränad människa kan hoppa cirka 160 cm i stående höjd, men här handlar det om att förflytta kroppens tyngdpunkt. Vår höjdhoppare har långa ben, så hans tyngdpunkt är cirka 1 meter över marken. Därför hoppar han bara cirka 60 cm. Skillnaderna i hopphöjd mellan de olika djuren är väldigt liten, trots att djuren skiljer sig mycket åt i storlek! Loppan väger cirka 0,5 milligram
(mindre än en tusendels gram), skalbaggen cirka 40 milligram (fyra hundradelar av ett gram), gräshoppan cirka 3 gram och människan cirka 70 kg. Människan är 140 miljoner gånger tyngre än loppan och 23 000 gånger tyngre än gräshoppan. Ändå hoppar de tre djuren ungefär lika högt! Skillnaden på 40 cm mellan människan och loppan är väl inget att bråka om jämfört med viktskillnaden!
Förenklat kan man anta, att alla djuren har en likadan kroppsbyggnad. Med hjälp av fysik kan då man visa följande. Ett litet djur kan utveckla en större kraft per gram kroppsvikt än ett stort. Annorlunda uttryckt så är 23 000 gräshoppor tillsammans mycket starkare än en människa, trots att de tillsammans väger lika mycket som människan.
Men en hoppande människa har en mycket längre accelerationssträcka innan avstampet än en hoppande gräshoppa. Därför får människan och gräshoppan samma utgångshastighet när de lyfter från marken. Detta gör att de hoppar lika högt.
Men den mindre galagon kan hoppa ännu högre. Galagorna är halvapor. Det finns flera galagoarter som lever i träden i den afrikanska skogen. En galago som väger cirka 250 gram kan hoppa 225 cm i stående höjdhopp! Den slår både loppan och människan med bred marginal. Galagon är en bra kandidat bland djuren till titeln "Bäste höjdhoppare".
En sådan galago skulle ha platsat i OS i höjdhopp och detta utan att utnyttja ansatsbanan. Observera dock att både människor och galagor hoppar med båda benen vid stående höjdhopp, medan en olympisk höjdhoppare som använder ansats bara får hoppa med ett ben. Å andra sidan gynnas de mänskliga höjdhopparna på ett otillbörligt sätt genom att deras tyngdpunkt ligger mer än en meter över galagons. Men med nuvarande höjdhoppsregler hade galagon ändå blivit diskad på OS.
Varför är den galagon så bra på att hoppa? Jo, den är förmodligen den mest specialiserade hopparen av alla våra djur. Bland annat har den hoppmuskler som upptar 10 procent av kroppsvikten!
Hej. Jag undrar varför svarta männniskor är bättre på vissa sorters idrott, som löpning 100 m.
Din fråga har många idrottsfysiologer försökt svara på. Att afrikaner nått världsklass i just löpning kan tänkas bero på dels genetiska, dels omgivningsfaktorer som hög höjd (för långdistanslöpning) och tidig träning. Val av idrott är också kulturellt betingat. Eftersom jag är fysiolog ska jag försöka besvara vilka fysiologiska skillnader som kan tänkas finnas.
Den orsak som tycks ligga närmast till hands är att musklernas nervförsörjning är något mer utvecklad hos afrikaner, så att t.ex. koordinationsförmågan är bättre. Detta skulle kunna tänkas ge 100-meterslöparen en större effekt och en högre verkningsgrad. Det skulle kunna gynna även långdistansare. Lungstorleken är dock relativt sett mindre hos svarta afrikaner än hos vita människor, men eftersom lungstorleken sällan är begränsande för fysiskt arbete spelar det nog mindre roll. För simning har lungstorleken dock betydelse, då den påverkar kroppens flytkraft.
Det är dock näst intill omöjligt att helt skilja på genetiskt bestämd fysiologi och den fysiologi som är ett resultat av miljö eller kultur! 2000.
