Cum se cațără șerpii fără membre?

Animalele fac cele mai uimitoare lucruri. Citiți despre ele în acest serial realizat de Janaki Lenin.

Un șarpe brun de copac se cațără pe un stâlp cu țăruși. Credit: Bruce Jayne

Șerpii se cațără în copaci fără ajutorul mâinilor, al picioarelor, al ghearelor sau al degetelor lipicioase. De asemenea, ei se târăsc, sapă, înoată și chiar alunecă prin aer. Orice ar face, planul corpului lor nu se modifică. Șerpii de apă nu au înotătoare, șerpii zburători nu au aripi și nici șerpii care sapă nu au gheare. Dar ei și-au modificat corpul în moduri subtile. Specialiștii care se cațără în copaci sunt subțiri, cu cozi lungi, adesea prehensile, capabile să se înfășoare în jurul crengilor. Șerpii care se târăsc pe uscat, cum ar fi boa constrictor, sunt mai grei și au cozi scurte. Toți șerpii de mare se propulsează cu cozi plate, asemănătoare unor palete.

Șerpii se cațără prin îndoirea și flexarea întregii lungimi a corpului lor tubular. Burțile lor lucioase pot părea nepotrivite pentru cățărare, dar alunecă pe scoarța aspră de copac. Dacă ar fi fost aspră, ar fi provocat frecare și ar fi încetinit progresul reptilelor.

Troncurile copacilor variază de la netede la aspre. Trunchiurile netede ale copacilor și pereții care nu oferă niciun punct de sprijin înving unii șerpi. Cățărătorii de copaci desăvârșiți, cum ar fi șerpii șobolani vestici, evită să urce în copaci cu coaja netedă din SUA.

Șerpii de copac maro din Pacificul de Sud se numără printre cățărătorii de elită. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, au invadat insula Guam din Pacific ca pasageri clandestini în navele de marfă. Fără prădători care să-i țină în frâu, numărul lor a scăpat de sub control. Nicio parte a insulei nu este în siguranță în fața lor. Șerpii au decimat deja speciile indigene de păsări și mamifere. Și provoacă întreruperi de energie electrică, urcându-se pe stâlpii de electricitate și provocând scurtcircuite.

Care este secretul abilității lor excepționale de cățărare?

Un șarpe brun de copac se cațără pe un stâlp alunecos. Credit: Bruce Jayne

Un profesor de biomecanică, Bruce Jayne, și studenții săi de la Universitatea din Cincinnati, SUA, au realizat un experiment. Aceștia au pus la încercare șerpii boa constrictor voinici, șerpii de porumb de greutate medie și șerpii de copac maro, subțiri și agili. Șerpii de porumb sunt atotcuprinzători, vânează pe uscat și în copaci. Cei 37 de candidați erau de aceeași mărime, cu o lungime cuprinsă între un metru și un metru și jumătate.

Cercetătorii au simulat diferite texturi ale trunchiului de copac prin înfigerea unor cuie în cilindri netezi. Cuiele au fost aproape la același nivel cu stâlpii sau au ieșit până la 4 cm. Cercetătorii au schimbat, de asemenea, gradul de înclinare a cilindrului de la orizontală la verticală. Ei au observat cum se descurcau șerpii pe măsură ce înclinația creștea și piroanele scădeau în lungime. În total, cercetătorii au efectuat aproximativ 10.000 de încercări.

Când știfturile erau înalte și înclinațiile puțin adânci, șerpii urcau normal, împingându-se de știfturi și urcând în zig-zag.

Cea mai dificilă parte a experimentului pentru toți șerpii a fost urcarea pe un cilindru aproape vertical, fără niciun cuier. Atunci au recurs la un tip unic de locomoție numit concertina. Ei se înfășurau strâns în jurul cilindrului de două sau trei ori, se întindeau înainte și se înfășurau din nou, în timp ce își trăgeau partea inferioară a corpului în sus. Deoarece acest mers necesită un efort mai mare pentru a nu aluneca, șerpii au progresat lent.

De îndată ce cercetătorii au pus la dispoziție cele mai scurte piulițe, de 1 mm. lungime, șerpii de copac maro au alunecat în mersul lor sinuos normal. Dar șerpii boa constrictor și șerpii de porumb, cu toate acestea, au înaintat în stil concertina până când știfturile au fost suficient de lungi pentru a face pârghie cu corpurile lor în sus.

Deși șerpii boa constrictor au fost cei mai lenți, ei și-au folosit forța musculară pentru a se prinde și a urca pe stâlp. Cercetătorii spun că șerpii fac față unor structuri diferite modificându-și comportamentul.

Locuțiunea concertina consumă de șapte ori mai multă energie decât ondulația sinuoasă normală. Acesta este probabil motivul pentru care șerpii arborelui brun din Guam evită să se cațere pe stâlpii electrici, spune Jayne. În schimb, ei se cațără pe firele subțiri de susținere care susțin stâlpii.

Șerpii care trăiesc în copaci ar prefera să economisească energie și să recurgă la stilul concertina cât mai puțin posibil. Ce le conferă șerpilor de copac maro capacitatea de a urca pante abrupte cu puțin sprijin?

Scoamele de pe burtă ale șerpilor de copac se întind pe toată lățimea corpului. La alți șerpi, cum ar fi boa constrictor, aceste solzi sunt mai scurți și nu acoperă întreaga burtă. Aceste solzi se suprapun ca niște țigle dispuse pe un acoperiș.

Herpetologii știu de mult timp că șerpii care se cațără în copaci, cum ar fi șerpii de copac cu spatele de bronz, șerpii zburători și unii șerpi lupi din Asia, au o crestătură de o parte și de alta a solzilor de pe burtă. Șerpii de copac maro au și ei așa ceva. Acest lucru îi ajută să creeze un pliu acolo unde solzii de pe burtă se întâlnesc cu solzii mici care le acoperă spatele. Acest pliu, numit chilia ventrolaterală, se agață de cele mai mici neregularități de pe copaci și pereți. Solzii suprapuși acționează ca dinții unui angrenaj, cu excepția faptului că sunt îndreptați spre spate.

Vederea ventrolaterală a celor trei specii studiate care arată variația de formă și morfologia solzilor ventrali. (A) Boa constrictor. (B) Șarpe de porumb. (C) Șarpe brun de copac. Credit: Bruce Jayne

„Cea mai notabilă descoperire a noastră este modul în care chila ajută la prevenirea alunecării și permite șerpilor să folosească un tip de târâre care nu numai că este rapid, dar probabil economisește și energie”, spune Jayne. „Acest lucru devine mai important pe măsură ce crește abruptul suprafeței. De exemplu, șerpii arborelui brun au fost capabili să urce direct pe un cilindru vertical doar împingându-se împotriva unor cuie care aveau o înălțime de doar 1 mm.”

Cățărătorii de munte folosesc dispozitive de asigurare pentru a întrerupe o cădere. Dispozitivele de asigurare ale șerpilor sunt aceste falduri ascuțite ale burții. Șerpii de porumb au și ei un pic de margine, dar nu este la fel de pronunțată ca cea a șerpilor de copac maro. Fără această caracteristică ingenioasă, șerpii boa își investesc forța și energia urcând în stil concertina pe stâlpii alunecoși.

Acest pliu modifică forma secțiunii transversale a șerpilor. Majoritatea șerpilor, precum boa constrictor, au o secțiune transversală aproape rotundă. Șerpii de porumb seamănă cu o pâine – partea de sus rotunjită, în timp ce partea de jos are colțuri. La șerpii arborelui brun, pliul se proiectează brusc spre exteriorul corpului.

Corpurile rotofei nu sunt făcute pentru cățărare, deoarece s-ar rostogoli de pe ușoarele proeminențe. Chiar și șerpii de copac maro zvelți își pierd îndemânarea de cățărare atunci când burta lor este încărcată cu mâncare sau ouă.

Constatările din acest experiment ridică mai multe întrebări. „Unii șerpi, cum ar fi șerpii de alunecare din genul Chrysopelea, pot forma o creastă și mai ascuțită de-a lungul burții decât șerpii arborelui brun”, a declarat Jayne pentru The Wire. „Dar încă ne lipsesc datele experimentale care să testeze capacitatea lor de a se cățăra pe diferite suprafețe cu o mare varietate de texturi.”

Jayne speră să folosească rezultatele acestui experiment în lumea reală. El își propune să conceapă un material rezistent la șerpii de copac, care ar împiedica șerpii maro să se cațere pe anumiți copaci sau stâlpi din Guam. De exemplu, protejarea firelor de susținere ale stâlpilor de electricitate ar preveni întreruperile de curent, iar înfășurarea materialului în jurul copacilor ar proteja cuiburile de păsări vulnerabile împotriva prădătorilor.

„Șerpilor arborelui brun le este extrem de dificil să se cațere pe țevile din PVC cu diametrul mai mare de aproximativ 10 cm, dacă este o înclinație mai mare de 45 de grade”, spune Jayne. „Unele studii mai vechi efectuate de alte persoane au constatat că raderea scoarței trunchiurilor de copac pentru a o face mai netedă poate fi foarte eficientă pentru a împiedica anumite specii de șerpi șobolani nord-americani să se cațere și să aibă acces la trunchiurile de copac. Cu toate acestea, încă nu știm dacă o astfel de abordare ar putea face un trunchi de copac suficient de neted pentru a împiedica șerpii bruni de copac să urce pe o astfel de suprafață naturală modificată. Cu toate acestea, cred că ambele abordări sunt foarte promițătoare și merită cu siguranță unele cercetări ulterioare pentru a testa direct eficiența în condiții de teren.”

În plus, Jayne dezvoltă roboți folosind modele bio-inspirate în colaborare cu ingineri. Roboții care imită șerpii se pot cățăra în interiorul țevilor și în spații înguste, care altfel ar fi greu de manevrat de oameni și de roboți cu roți.

Din moment ce locomoția concertată este costisitoare din punct de vedere energetic, ar folosi-o în proiectele de roboți?

„De foarte multe ori, parametrii de proiectare, alții decât economia energetică, sunt de primă importanță”, răspunde Jayne. „Dacă un tip de mișcare este economic, acesta poate fi inutil dacă nu permite unui animal sau unei mașini să se deplaseze pe o anumită suprafață. De exemplu, toți șerpii din studiul nostru au folosit locomoția concertina pe cilindrii netezi și abrupți care nu aveau niciun cui, iar prinderea prin fricțiune este o strategie foarte eficientă pentru a preveni alunecarea în astfel de circumstanțe.”

Studiul a fost publicat în Journal of Experimental Biology la 17 decembrie 2015.

Janaki Lenin este autoarea cărții My Husband and Other Animals. Ea locuiește într-o pădure cu Rom Whitaker, omul-șarpe, și scrie pe Twitter la @janakilenin.

.