«Более мелкие виды обладают более высокой производительностью, чем более крупные виды», – сказал Андерсон, научный сотрудник отдела экологии и эволюционной биологии.
В Scientific Reports Андерсон показывает, что баллистический выступ языка хамелеона, который поместился бы на вашем большом пальце, давал пиковое ускорение, в 264 раза превышающее ускорение свободного падения. С точки зрения автомобильной промышленности, язык может разогнаться от 0 до 60 миль в час за сотую долю секунды, хотя ему нужно всего около 20 миллисекунд, чтобы поймать сверчка.
Обзор литературы по биомеханике, проведенный Андерсоном, предполагает, что движение имеет самое высокое ускорение и выходную мощность на килограмм мышечной массы любой рептилии, птицы или млекопитающего и является вторым по мощности среди всех видов позвоночных (только саламандра превосходит его).
Суммарная выходная мощность языка отважного хамелеона Rhampholeon spinosus составляла 14040 Вт на килограмм.
Секрет хамелеонов в том, что они не просто используют спонтанную мышечную силу, чтобы вскинуть язык. Они предварительно загружают большую часть общей энергии движения в эластичные ткани языка. Отдача этих тканей значительно увеличивает то, что одни только мышцы могут делать на лету – ловить муху.
Андерсон хотел найти верхний предел способности языка хамелеона. Для этого он собрал особей 20 видов самых разных размеров в своей бывшей лаборатории Университета Южной Флориды. Затем он усадил их одного за другим перед камерой, которая снимает 3000 кадров в секунду.
При каждом измерении сверчок подвешивался на маленькой свисающей сетке, чтобы язык вылез наружу. Когда это произошло, он мог измерить расстояние, которое прошел язык, прошедшее время, а также скорость и ускорение в любой момент времени.
Что Андерсон заметил во время всех своих измерений и анализа, так это то, что чем меньше хамелеон, тем выше пиковое ускорение, относительная мощность и расстояние разгибания языка по сравнению с размером тела (Rhampholeon spinosus высунул язык на 2 секунды).В 5 раз больше длины его тела). Более крупные хамелеоны тоже производили впечатляющие движения, но не по сравнению со своими меньшими собратьями.
Например, особь ростом примерно два фута, Furcifer oustaleti, справилась с пиковым ускорением менее 18 процентов, чем у крошечного чемпиона Рэмпа.
По словам Андерсона, результаты имеют физический и эволюционный смысл. Все хамелеоны имеют один и тот же аппарат, похожий на катапульту, для запуска языка, но пропорционально их размеру, у меньших хамелеонов есть больший, чем у больших хамелеонов. Они похожи на маленькие спортивные автомобили с относительно мощными двигателями.
Предполагается, что эволюционная причина того, почему крошечные хамелеоны пропорционально лучше приспособлены для кормления, заключается в том, что, как и всем мелким животным, им нужно потреблять больше энергии на единицу веса тела, чтобы выжить. Поэтому маленькие хамелеоны должны особенно хорошо ловить пищу из насекомых – их языки должны вырываться необычно быстро и далеко, чтобы конкурировать за все необходимое питание.
По этим причинам, сказал Андерсон, исследователям часто полезно смотреть на маленьких ребят при изучении физической работоспособности. Предыдущие исследования ускорения языка хамелеона измеряли гораздо более низкие пиковые значения, потому что они смотрели только на гораздо более крупных хамелеонов.
«Это исследование показывает, что, используя более мелкие виды, мы можем выяснить эти более высокие значения производительности», – сказал он.