Hvordan kan slanger klatre uden lemmer?

Dyrene kan gøre de mest fantastiske ting. Læs om dem i denne serie af Janaki Lenin.

En brun træslange klatrer op ad en pæl med pløkker. Kilde: Bruce Jayne

Slanger klatrer i træer uden hjælp fra hænder, fødder, kløer eller klæbende tåpuder. De kravler også, graver sig ned, svømmer og glider endda gennem luften. Uanset hvad de gør, ændrer deres kropsplan sig ikke. Vandslanger har ikke finner, flyvende slanger har ikke vinger, og gravende slanger har heller ikke kløer. Men de har ændret deres kroppe på subtile måder. Specialiserede træklatrere er slanke og har lange haler, der ofte er gribelige, så de kan sno sig rundt om grene. Krybdyr på jorden som boa constrictors er til den tunge side med korte haler. Alle havslanger bevæger sig frem med flade, paddelagtige haler.

Slanger klatrer ved at bøje og bøje hele længden af deres rørformede kroppe. Deres blanke maver ser måske uegnede ud til at klatre, men de glider over grov træbark. Hvis de havde været ru, ville de forårsage friktion og bremse krybdyrenes fremgang.

Træstammer varierer fra glatte til ru. Glatte træstammer og vægge, der ikke giver fodfæste, besejrer nogle slanger. Dygtige træklatrere som f.eks. vestlige rotteslanger undgår at gå op i træer med glat bark i hele USA.

Brune træslanger fra det sydlige Stillehav er blandt eliten af træklatrere. Under Anden Verdenskrig invaderede de Stillehavsøen Guam som blinde passagerer i fragtskibe. Uden rovdyr til at holde dem i skak, blev deres antal ukontrollabelt. Ingen del af øen er sikker for dem. Slangerne har allerede decimeret de indfødte fugle- og pattedyrarter. Og de forårsager strømafbrydelser ved at klatre op i elpæle og forårsage kortslutninger.

Hvad er hemmeligheden bag deres usædvanlige klatreevner?

En brun træslange klatrer op ad en glat pæl. Kilde: Bruce Jayne

En professor i biomekanik, Bruce Jayne, og hans studerende fra University of Cincinnati, USA, gennemførte et eksperiment. De satte kraftige boa constrictors, mellemvægtige majsslanger og de slanke, smidige brune træslanger på prøve. Majsslanger er allroundere, der jager både på land og oppe i træerne. De 37 kandidater havde samme størrelse og var mellem en meter og halvanden meter lange.

Forskerne simulerede forskellige træstamteksturer ved at slå pinde ind i glatte cylindre. Pindene lå næsten i niveau med stolperne eller stak op til 4 cm ud. Forskerne ændrede også cylinderens hældningsgrad fra vandret til lodret. De observerede, hvordan slangerne klarede sig, efterhånden som hældningen blev større, og pindene blev mindre og mindre lange. I alt gennemførte forskerne omkring 10.000 forsøg.

Når pindene var høje og hældningerne lave, klatrede slangerne normalt, idet de pressede sig selv mod pindene og zig-zaggede sig opad.

Den sværeste del af forsøget for alle slangerne var at klatre op ad en næsten lodret cylinder uden pløkker overhovedet. Så tyede de til en unik form for fremdrift, der kaldes harmonika. De snoede sig stramt rundt om cylinderen to eller tre gange, strakte sig fremad og snoede sig rundt igen, mens de trak den nederste del af kroppen opad. Da denne gangart kræver større anstrengelser for ikke at glide, gjorde slangerne langsomme fremskridt.

Så snart forskerne gav de korteste pinde, der var 1 mm lange, gled de brune træslanger i deres normale slyngende gangart. Men boa constrictors og majsslanger gik derimod i harmonikastil, indtil pindene var lange nok til at kunne løfte deres kroppe opad.

Men selv om boa constrictors var de langsomste, brugte de deres muskelstyrke til at gribe fat i og klatre op ad stangen. Forskerne siger, at slanger klarer sig med forskellige strukturer ved at ændre deres adfærd.

Concertina-lokomotion er syv gange mere energiforbrugende end normal bølgende bølgende bevægelse. Det er sandsynligvis grunden til, at brune træslanger i Guam undgår at skinne op ad elektriske pæle, siger Jayne. I stedet klatrer de op i de tynde spændetråde, der støtter stolperne.

Træboende slanger vil foretrække at spare energi og ty til harmonikastilen så lidt som muligt. Hvad giver de brune træslanger evnen til at klatre op ad stejle skråninger med lidt støtte?

Træslangernes bugskæl strækker sig over hele kroppens bredde. Hos andre slanger, som f.eks. boa constrictors, er disse skæl kortere og dækker ikke hele bugen. Disse skæl overlapper hinanden som teglsten arrangeret på et tag.

Herpetologer har længe vidst, at træklatrende slanger som bronzeback-træslanger, flyvende slanger og nogle ulveslanger i Asien har et hak på hver side af deres bugskæl. Brun træslange har dem også. Det hjælper dem med at skabe en fold, hvor bugskællene mødes med de små skæl, der dækker deres ryg. Denne fold, der kaldes ventrolateral køl, griber fat i den mindste uregelmæssighed på træer og vægge. De overlappende skæl fungerer som tænder på et tandhjul, bortset fra at de er spidse bagud.

Ventrolaterale visninger af de tre undersøgte arter, der viser variationen i form og morfologien af de ventrale skæl. (A) Boa constrictor. (B) Kornslange. (C) Brun træslange. Kilde: Bruce Jayne

“Vores mest bemærkelsesværdige fund er, hvordan kølen er med til at forhindre udskridning og gør det muligt for slanger at anvende en form for kravlen, der ikke kun er hurtig, men sandsynligvis også sparer energi”, siger Jayne. “Dette bliver vigtigere, jo stejlere overfladen bliver. For eksempel var de brune træslanger i stand til at klatre lige op ad en lodret cylinder ved kun at skubbe mod pinde, der kun var 1 mm høje.”

Bjergbestigere bruger sikringsanordninger til at afbryde et fald. Slangers sikringsanordninger er disse skarpe mavefolder. Majsslanger har også en smule af en kant, men den er ikke så udtalt som de brune træslangers. Uden denne smarte funktion investerer boa constrictors deres styrke og energi i at klatre i harmonika-stil op ad glatte stænger.

Denne fold ændrer slangernes tværsnitsform. De fleste slanger, som f.eks. boa constrictors, er næsten runde i tværsnit. Majsslanger ligner et brødbrød – den øverste del er afrundet, mens den nederste del har hjørner. Hos brune træslanger rager folden skarpt udad fra kroppen.

Rotundkroppe er ikke lavet til at klatre, da de ville rulle af de lette fremspring. Selv slanke brune træslanger mister deres klatreevner, når deres maver er tunge med mad eller æg.

Fundene fra dette eksperiment rejser flere spørgsmål. “Nogle slanger som f.eks. de glidende slanger i slægten Chrysopelea kan danne en endnu skarpere højderyg langs deres mave end de brune træslanger,” sagde Jayne til The Wire. “Men vi mangler stadig eksperimentelle data, der tester deres evne til at klatre på forskellige overflader med en bred vifte af teksturer.”

Jayne håber at kunne bruge resultaterne fra dette eksperiment i den virkelige verden. Han foreslår at designe et materiale, der er modstandsdygtigt over for træslanger, som kan forhindre brune træslanger i at klatre op i bestemte træer eller pæle i Guam. Hvis man f.eks. beskytter elmasternes spændetråde, kan man forhindre strømafbrydelser, og hvis man vikler materialet rundt om træerne, kan man beskytte sårbare fuglereder mod rovdyr.

“Brune slanger har utrolig svært ved at klatre op ad PVC-rør med en diameter på over 10 cm, hvis det er stejlere end 45 graders hældning”, siger Jayne. “Nogle ældre undersøgelser foretaget af andre har vist, at det at barken på træstammer barberes, så den bliver glattere, kan være meget effektivt til at forhindre visse arter af nordamerikanske rotteslanger i at klatre op og få adgang til træstammer. Vi ved dog stadig ikke, om en sådan fremgangsmåde kan gøre en træstamme glat nok til at forhindre brune træslanger i at klatre på en sådan modificeret naturlig overflade. Jeg mener dog, at begge disse metoder er meget lovende og bestemt værd at foretage opfølgende forskning for direkte at teste effektiviteten under feltforhold.”

Dertil kommer, at Jayne udvikler robotter ved hjælp af bioinspirerede designs i samarbejde med ingeniører. Robotter, der efterligner slanger, kan klatre op i rør og snævre rum, som ellers ville være vanskelige for mennesker og robotter med hjul at manøvrere.

Da harmonikabevægelse er energidyrt, ville han så bruge det i robotdesigns?

“Meget ofte er andre designparametre end energiøkonomi af primær betydning,” svarer Jayne. “Hvis en type bevægelse er økonomisk, kan den være ubrugelig, hvis den ikke gør det muligt for et dyr eller en maskine at bevæge sig på en bestemt overflade. For eksempel brugte alle slangerne i vores undersøgelse harmonikabevægelse på de glatte, stejle cylindre, der ikke havde nogen pinde, og friktionsgreb er en meget effektiv strategi til at forhindre udskridning under sådanne omstændigheder.”

Studiet blev offentliggjort i Journal of Experimental Biology den 17. december 2015.

Janaki Lenin er forfatter til My Husband and Other Animals. Hun bor i en skov med slange-manden Rom Whitaker og tweeter på @janakilenin.