Hogyan mozognak a kígyók?

A gepárdok erős végtagjai és figyelemre méltó anyagcseréje lehetővé teszi számukra, hogy elérjék a 80 mérföld/órás szárazföldi sebességet, míg a közönséges fecske olyan testet és szárnyakat fejlesztett ki, amelyek lehetővé teszik, hogy akár 10 hónapig is a levegőben maradjon.

Ezzel szemben a kígyó csúszása kissé alulmúltteljesnek tűnhet.

Ezek a hüllők a természetes szelekció révén elvesztették lábaikat, és az Antarktiszon kívül minden kontinenst beborítottak, anélkül, hogy láthatóan szükségét éreznék, hogy visszamenjenek.

A bolygón élő több mint 3000 különböző kígyófaj azonban igen változatos. Sok esetben láthatjuk, hogy a kígyók hogyan alakíthattak ki egyedi tulajdonságokat, hogy segítsenek enyhíteni a korlátozott mozgásképességből eredő hátrányt az olyan fürge – és jellemzően emlősökből álló – zsákmányállatokkal szemben, mint a patkányok és a nyulak.

A méreg és az álcázás különösen gyakoriak, de itt több evolúciós kifinomultságról van szó, mint azt a laikusok gondolnák.

Mégis, mint minden más hüllő, a mozgás továbbra is fontos része a kígyók túlélési képességének. Hogyan mozognak tehát a kígyók? A zoológusok már régóta négyféle mozgástípust azonosítottak, amelyeket a kígyók a környezetükben való tájékozódáshoz használnak, de egyre többet tudunk meg a kígyók mozgásmódjáról.

Azt is felfedezzük, hogy gyakran lényegesen több árnyalat van, és a számunkra azonosnak tűnő kígyófajok mozgásstílusa között is van különbség.

Ráadásul a kígyók S alakú mozgásukról ismertek. Van azonban egy kevésbé ismert képességük – az egyenes vonalban való kúszás képessége. A biológusok szerint ennek oka az, hogy így könnyebben tudnak menekülni a szűk helyekről. Sok nehéz testű kígyó, például a viperák, boák és pitonok támaszkodnak erre a meglehetősen praktikus képességre.

A kutatók gyakran javasolnak új és árnyaltabb kereteket a kígyók mozgásának magyarázatára. Ezek közül sok értelmes lehetőség, de a négy elismert módszer továbbra is a rendelkezésünkre álló legjobban általánosított keret. Íme, mit tudunk arról, hogyan mozognak a kígyók lábak nélkül.

1. Oldalirányú hullámzás

Hogyan mozognak a kígyók, gyakran? Mi az egyik legkedveltebb módszerük az egyik pontról a másikra való csúszásra?

Ha valaha is láttál már kígyót a természetben, nagy az esélye, hogy oldalirányú hullámzást alkalmazott. Ez a kígyók leggyakoribb mozgásformája, főként azért, mert továbbra is nagyon hatékony mozgásmódszer. Az afrikai fekete mambát a világ egyik legnagyobb kígyójaként ismerik el, és hagyományos csúszómászásukkal óránként akár 12 mérföldes csúcssebességet is elérhetnek.

A kígyó a teste hosszában felfelé és lefelé húzódó izmok összehúzódásának és elengedésének eredménye az, ami a talaj felszínén való zökkenőmentes és sima kígyómozgás látszatát kelti. Azáltal, hogy egyszerre több ponton is erőt fejtenek ki, és hosszú testük hosszában egymás után aktiválják az erőteljes hátizmokat, hatékonyan képesek a testüket szakaszosan előrefelé hullámozni.

Ezek az izmok lendületet adnak, de a fej és a nyak irányítja a kígyó testét.

Az oldalirányú hullámzás azért is terjedt el ilyen széles körben, mert ez a lábak nélküli mozgás olyan rugalmas módja. A pikkelyeik vonóereje számos kígyófajt – köztük a zöld fakígyót is – csodálatos mászókává tett.

A tengeri kígyók oldalirányban hullámzanak, hogy a vízben halakra vadásszanak, sőt, evezőre emlékeztető uszonyokat is kifejlesztettek, hogy nagyobb távolságokat is hatékonyabban tudjanak megtenni a vízben. Mindezek ellenére a kígyóknak nagyon különleges módosításokra volt szükségük ahhoz, hogy képesek legyenek ilyen módon mozogni.

A gerincük és bőrük lenyűgözően rugalmas kapcsolatától kezdve a pikkelyeikig, amelyeket úgy alakítottak ki, hogy a gumiabroncsok futófelületéhez hasonlóan tapadjanak meg a felszínen, a kígyók védjegyszerű csúszása hosszú idő alatt kialakult, rendkívül specializált tulajdonságok összeolvadását igényli. A leglenyűgözőbb azonban talán a finommotoros képességeik, amelyeknek gyorsan kell alkalmazkodniuk a súrlódási változásokhoz, és irányítaniuk kell a csúszómászó testük különböző szegmenseinek kilengéseit az akadályok körül.

Az oldalirányú hullámzás a legtöbb kígyó esetében a standard, de úgy tűnik, hogy ez az egyik legösszetettebb is. A kutatók határozott különbségeket figyeltek meg a hullámzó kígyók mintázatában és viselkedésében, különösen a szárazföldön és a vízben hullámzó kígyók között vannak szembetűnő különbségek.

A kutatások előrehaladtával valószínű, hogy az oldalirányú hullámzást végül a mozgásstílusok szélesebb körébe fogják besorolni.

2. Concertina mozgás

A concertina néven ismert mozgásmód az egyik legegyszerűbb mozgásmegközelítésnek tűnik. Azonban oka van annak, hogy sokkal kevesebb kígyót látunk erre támaszkodni az oldalirányú hullámzáshoz képest. E második módszer alkalmazásához a kígyók hosszú testüket az izmok megfeszítésével felfelé ívelik, majd az extra hosszúságot arra használják, hogy testük elülső felét előre tolják, a hátsó felét pedig hátrahúzzák.

Ez egy egyszerű mozgásforma, amely lehetővé teszi a kígyók számára, hogy egyenes vonalban mozogjanak, ahelyett, hogy hullámzásra lenne szükségük, de az izmok ilyen módon történő megfeszítése lényegesen nagyobb energiaráfordítást eredményez a többi mozgásmódszerhez képest. További hátránya, hogy nem ideális a sebesség szempontjából.

Egy 2018-as tanulmány, amely a hüllő- és kígyókoponyák fosszíliáira összpontosított, egyrészt hihető előfeltevést kínál arra a sokáig megválaszolatlan kérdésre, hogy a kígyók hogyan fejlődtek ki a hüllőkből, másrészt nyomot ad arra, hogy a kígyók miért fejlesztették ki a mozgás ilyen sajátos formáját. Úgy tűnik, hogy a kígyók újonnan feltételezett őse egyfajta földbe ásó hüllő volt, és a természetes szelekció végül a lábuk méretét a semmibe zsugorította.

Ennek az egyedi hajlítási módszernek lenne értelme, hogy a tömött földön és talajon való ásáshoz szükséges előrevivő lendületet biztosítsa. Bár a harmonikamozgást alkalmazó kígyókról azt gondolhatjuk, hogy primitívebbek, mint más fajok, az igazság az, hogy ez a mozgásstílus csupán bizonyos fajok számára specializálódott a legjobban bizonyos környezetekben.

A legtöbb ilyen módon mozgó kígyó olyan nagytestű fajok közül kerül ki, mint a pitonok és a boák, de a lombhullató fajok körében is előszeretettel alkalmazzák ezt a mozgásstílust. A harmonikamozgások áthidaló mozgása sokkal könnyebbé teszi az ágak vagy végtagok közötti távolság áthidalását, amikor arboreális magasságokban közlekednek.

3. Oldalra tekeredés

A csörgőkígyók a leghíresebb kígyók az oldaltekercselő mozgásstílusukról, de nem ők az egyetlen kígyók, amelyek ezt a viselkedést mutatják. Bár funkcionálisan hasonlóan működik, mint az oldalirányú hullámzás, az oldalcsavarodó kígyók csak a testük egy részét engedik a talaj felszínéhez érni, és ezt használják fókuszpontként a test többi részének beállításához.

Ez bonyolultabb, mint amilyennek látszik, mivel az oldalra tekeredő kígyó felemeli a testét a talajról. Ez kaotikus és hatástalan utazási módszernek tűnhet, de az oldalcsavarodó csörgőkígyó Mexikóban és az amerikai délnyugati területeken található élőhelyein akár óránkénti 18 mérföldes sebességet is képes elérni.

Úgy tűnik, hogy az oldaltekerés a kígyók szélesebb körében csak nagyon korlátozottan használatos, de ez csak azért van, mert a nagyon speciális élőhelyek körülményeihez alakult ki.

A csörgőkígyó és a szaharai szarvaskígyó esetében az oldaltekerés a perzselő sivatag laza és forró homokjának leküzdése érdekében felmerült kihívás. A homokkal való közvetlen érintkezés minimalizálása és az érintkezési pontok rendszeres váltogatása megkönnyíti a kígyó számára, hogy elkerülje az alatta elmozduló homokot.

A homalopszin a kivétel. Ezek az Indonéziában és Ausztráliában mindenütt megtalálható kígyók az oldaltekercselő mozgásmódot használják a sáros ökoszisztémákban való tájékozódáshoz. A sivatagi oldaltekerők lábak nélkül is hatékonyan képesek nagy távolságokat megtenni, de különösen ügyesek a mászásban. Azzal, hogy súlyukat a lehető legjobban a dűnékhez igazítják, gyakorlatilag a legmeredekebb homokos felszínt is képesek megmászni.

4. Egyenes vonalú mozgás

Hogyan mozognak a kígyók, amikor a lehető legkevesebb zajt kell csapniuk?

A egyenes vonalú helyváltoztatás hasonlít a harmonikamozgáshoz, mivel lehetővé teszi a kígyók számára, hogy egyenes vonalban járjanak, és általában a nagyobb kígyóknál ez a navigáció kedvelt formája, de a kígyók a hasuk mentén húzódó erős izmokat használják, ahelyett, hogy magas tekercsekbe emelnék magukat.

Bár ez az egyenes vonalú mozgást rossz módszerré teszi a fára mászáshoz, úgy vélik, hogy ez a módszer ugyanabban a földbe ásási módszerben gyökerezik, amely a kígyók legkorábbi leszármazottainak mozgását is meghatározta. A test felemelésével és a lassabb és kevésbé drámai mozdulatokkal történő előrehaladással a nagyobb kígyók egyenletes tempóban tudnak mozogni, miközben minimalizálják az energiaráfordításukat.

A legnagyobb kígyófajoknál gyakran a egyenes vonalú mozgást részesítik előnyben. Ez azért van így, mert bár a egyenes vonalú mozgás az egyik leglassabb mozgásforma, a kígyóknak szinte hangtalan mozgást tesz lehetővé. Ez egyértelmű előny az olyan lesből vadászók számára, mint a boa constrictorok. A legtöbb kígyó számára azonban a egyenes vonalú mozgás jellemzően csak egyetlen eszköz a nagyobb mozgáskészletükben.

A fák között közlekedő kígyók a fákon való tájékozódás során kombinálják a egyenes vonalú mozgást a harmonikus mozgással, és van némi bizonyíték arra, hogy a legtöbb kígyófaj akkor is alkalmazza ezt a módszert, amikor elsősorban oldalirányú hullámzással tájékozódik.

A egyenes vonalú mozgást akkor is előnyben részesítik, amikor a kígyónak szűk helyeken kell átpréselődnie, vagy alagutakban kell navigálnia. Ez olyan hatékony módszernek bizonyult az olyan nehéz terepen, mint a sár és a sziklák, hogy a mérnökök elkezdték a egyenes vonalú mozgást a kerekes robotok alternatívájaként keresni.

Különösen nehéz környezetben az ilyen típusú robotok nem csak a környezeti navigáció szempontjából, hanem megbízhatóságuk és viszonylag alacsony mechanikai meghibásodási arányuk miatt is ígéretesnek tűnnek.