Новости События в мире природы
и жизни журнала

Как известно, хобот слона является важным органом, помогающим ему при взаимодействии с миром. Огромные слоны при помощи хобота могут ловко взаимодействовать с маленькими и даже хрупкими предметами. Как выяснилось, благодаря тысяче мельчайших усиков, имеющих особое строение и равномерно распределенных по всей поверхности хобота, слоны обладают исключительной чувствительностью и умеют аккуратно и точно манипулировать разными объектами.

Эволюция наделила животных разнообразными сенсорными системами. С их помощью представители животного мира могут изучать среду обитания, передвигаться, искать еду, распознавать опасность и ориентироваться даже в полной темноте. Одними из таких приспособлений являются сенсорные волоски (вибриссы или усы), которые служат тактильными органами у ряда млекопитающих.

По всей длине хобота слона, от основания вплоть до самого кончика, располагаются порядка тысячи усиков, каждый из которых достигает примерно пяти сантиметров в длину. Примечательно, что в отличие от вибрисс у грызунов, эти структуры не содержат особых мышц, которые могли бы обеспечивать вибрацию при касании объектов. Особенность слоновьих усиков хобота состоит в отсутствии регенеративных свойств, поэтому они не способны отрасти повторно после травмы, что, например, способны делать усы у крысы.

В рамках недавнего исследования, проведённого инженерами, материаловедами и нейробиологами, было обнаружено, что усики, покрывающие хоботы азиатских слонов, имеют отличия от вибрисс грызунов также по ряду других параметров. Именно благодаря этим различиям слоны обладают поразительно острым осязанием, которое восполняет недостатки очень толстой и мало чувствительной кожи, а также не очень хорошего зрения.

В ходе детального анализа с использованием микрокомпьютерной томографии, а также электронной микроскопии было обнаружено, что основание каждого усика на хоботе азиатского слона толстое, жесткое, округлой формы и пронизано порами. Ус начинается с жесткого пористого основания, а завершается мягким, упругим, похожим на резиновый кончиком конусообразной формы, который в разрезе представляет собой овал. В этих особенностях строения и кроется большое отличие между хоботовыми усиками слона с усами крыс или мышей, у которых они одинаково жесткие по всей их длине.

Постепенные изменения свойств от твердого к мягкому, от пористой структуры к плотной, от круглого сечения к овальному в науке называют функциональными градиентами. Три градиента (геометрический, пористостный, жёсткостный) в строении усиков хобота слона по‑своему определяют, как животное ощущает окружающий мир через прикосновения.

В результате компьютерного моделирования было обнаружено, что конусообразная овальная форма усика улучшает его взаимодействие с текстурами и поверхностями, позволяя при этом регулировать оптимальные направления изгиба. Пористая структура основания, переходящая в плотный кончик, способствует снижению массы усика и минимизирует риск того, что он сломается. Переход от жесткого основания к мягкому кончику обеспечивает гибкость усика, поэтому слон может точно определять, в каких точках усик контактирует с окружающими объектами на всём его протяжении. Благодаря этому слоны способны понимать, близко или далеко их хобот от объекта, и деликатно взаимодействовать даже с очень хрупкими предметами.

Исследователи, вдохновленные особенностями функциональных градиентов в усиках слонов, задумали воплотить аналогичные принципы в новых роботизированных сенсорных системах.

Источник: Журнал Science