KATAPULTI

Katapult je naprava s togim ogrodjem, ki omogoča, da se veliko energije shrani v elastičnem materialu, ki se nato hipno sprosti, kar majhno maso pospeši do velike hitrosti. Da bi naprava delovala, morajo biti vsi sestavni deli na pravem mestu, s tem pa je izpolnjen pogoj ‘nepoenostavljive kompleksnosti’.

KAMELEONOV JEZIK

Kameleon ujame svoj plen z jezikom, ki lahko doseže celo do 1,5 kuščarjeve telesne dolžine. Pospešek tega ‘balističnega jezika’ je neverjeten, saj znaša kar 50 g-jev, kar je 50-krat toliko kot gravitacijski pospešek (za primerjavo: astronavti in piloti lovskih letal omedlijo pri 10 g-jih, in to kljub posebnim oblačilom). Kameleon uporablja posebno ‘super-prožno’ mišico, ki jo sicer najdemo samo pri nevretenčarjih.[1] Ta zagotavlja ohranjanje napetosti kljub veliki spremembi dolžine. Pospešek je tako osupljiv, da so raziskovalci morali uporabiti posebno hitro rentgensko kamero, da so premik jezika posneli v celoti (tudi znotraj ust).[2]

Sesalna kapa

Večina kuščarjev s svojim jezikom ujame žuželke zgolj z lepljivo površino, kameleonov hitri jezik pa uspe ujeti tudi večji in bolj gladek plen. To stori s še eno posebno napravo: tik preden jezik zadane plen, mišici razpreta osrednji del konice in tako oblikujeta sesalno kapo.[3]

Katapult

Kako jezik lahko tako zelo pospeši? Tega ne pojasni niti super-prožna mišica, saj bi morala proizvesti 10-krat več energije. Nekatere živali ustvarijo velike pospeške tako, da noge uporabijo za vzvode, a celo kengurujska podgana[4] lahko med skoki doseže ‘le’ 19 g-jev.

Podrobna analiza je razkrila, da ima kameleonov jezik poseben katapultni sistem. Ta vključuje kost, ki predstavlja togi okvir, okoli kosti pa je vsaj deset spolzkih cevi v obliki tulov. Ti vsebujejo v tuljavo navita kolagenska vlakna, ki predstavljajo elastično snov. Tuli so obdani z močnimi mišicami, ki zagotavljajo prožnostno energijo.

Ko kameleon iztegne jezik, aktivira te mišice. Mišice so v splošnem nestisljive, tj. njihova prostornina se ohranja. Za ponazoritev: Ko npr. upognete biceps, se skrči, in da se prostornina ohranja konstantna, se biceps izboči. V kameleonovem jeziku se mišice stisnejo navznoter in da ohranijo konstantno prostornino, se podaljšajo vzdolž jezika. To raztegne omenjene tule kot gumijaste trakove in ko pridejo do zaokrožene konice kosti v jeziku, zdrsnejo dol, jezik se sproži in mehanizem ‘drseče vzmeti’ sprosti shranjeno energijo ter jezik izstreli z osupljivo hitrostjo, nato pa se koncentrični tuli podaljšajo kot cevi teleskopa.[5]

V članku v reviji Science je bilo zapisano: »Kameleonova ‘drseča vzmet’ je osupljivo čvrsta, učinkovita in enostavna za upravljanje.«[6] Članek je poudaril, da je naprava za izstrelitev jezika učinkovitejša od človeškega katapulta, saj slednji naloži in sprosti energijo vzdolž iste poti, kameleonov jezik pa sprosti energijo v drugi smeri. To pomeni, da jezik za hipno sprostitev napetosti ne potrebuje nobenih dodatnih gibljivih delov, saj se energija sprosti, ko jezik zdrsne s kosti. Pa še nekaj. Pospešek je vsekakor hipen, toda energija se kljub temu sprošča enakomerno, saj tuli drsijo drug za drugim, ne vsi naenkrat. V nasprotnem primeru bi se veliko energije potrošilo za deformiranje jezika in energija bi se porazgubila preko vibracij.

Evolucijska praznina

Eden od člankov o delovanju kameleonovega jezika (glej ref. št. 3) ima čuden odstavek z naslovom ‘Evolucijske zadeve’. Avtor priznava, da sta sesalna kapa in balistični jezik ključnega pomena, da kameleon lahko ujame plen, tj. eno je neuporabno brez drugega, toda to interpretira kot dokaz, da sta se morala ‘evolucijsko razviti istočasno’, zgodaj v njuni evolucijski zgodovini. Avtor ne pojasnjuje, kako bi se to lahko zgodilo. Veliko boljša razlaga je, da so bili kameleoni vedno kameleoni in so bili načrtovani tako, da sta oba mehanizma polno delujoča.

Ob tem je še ena dobra lekcija. Praktične biološke raziskave predpostavljajo, da imajo značilnosti bitij nek smisel, zato je smiselno, da odkrijemo, kako delujejo. To je popolnoma razumno, če so bile te značilnosti načrtovane za neko funkcijo. Torej so bile vse koristne raziskave narejene, kakor da bi bili raziskovalci kreacionisti. Nato pa evolucionisti skušajo sestaviti zgodbice, s katerimi bi pojasnili, kako so se te značilnosti evolucijsko razvile. In vendar omenjeni odstavek ‘Evolucijske zadeve’ ne dodaja ničesar količkaj uporabnega, zgolj prazne špekulacije.[7]

KATAPULTNI MEHANIZEM PRI KONJIH

Konji imajo posebne značilnosti, zaradi katerih lahko čudovito galopirajo. Njihove noge delujejo kot pogo palice, ki med galopiranjem shranjujejo energijo. Skupina raziskovalcev, ki jo je vodil Alan Wilson iz Royal Veterinary College iz Hatfielda v Veliki Britaniji, je pokazala, da je značilnost, ki so jo doslej smatrali za nekoristno, v resnici zelo pomembna – določene majhne mišice, ki so jih doslej imeli za zakrnele oz. nekoristne ostanke evolucije, imajo dejansko ključno vlogo pri blaženju obremenitev.[8]

Wilsonove nadaljnje raziskave z drugimi kolegi[9] so pokazale, da imajo konji tudi katapultni mehanizem. Tu »se energija počasi shranjuje z veliko silo, a se hitro sprosti, da pospeši majhno maso, v tem primeru stopalo, naprej, da pristane na tleh, pripravljeno za naslednji skok. Ta mehanizem potrebuje bolj zapleten vzvod, da na vzmet deluje z dovolj veliko silo in jo nato sprosti.« Tudi bolhe in kobilice imajo katapultni sistem, a tokrat je bil ta prvič odkrit v veliki živali.

Ko konj pristane, se karpus (običajno imenovan koleno) zravna, rama pa se nagne naprej. To raztegne mišice bicepsa, ki so zelo elastične. Nato se karpus premakne naprej, kar sprosti biceps ‘vzmet’. To požene nogo naprej (protrakcija) in s tal, tako da je pripravljena za pristanek na tleh in za naslednji galop. »Ta mišični katapult daje moč, ki je približno stokrat večja od svoje mase neelastične mišice.«

Ta izredno učinkoviti mehanizem nikakor ne bi deloval brez sistema zapore in sprostitve ter brez ustrezno nameščene prožne mišice. To je za evolucijo težava, saj hipotetični majhni vmesni koraki sami po sebi ne bi bili prednost in jih naravna selekcija zato ne bi izbrala.

MOČAN UDAREC MORSKEGA RAKCA

Rekorder v relativni moči in hitrosti boksarskega udarca je 6 do 10 cm dolg morski rakec. Da so prišli do tega odkritja, so Shiela Patek in njena ekipa z univerze Berkeley morali uporabiti visokoločljivostno hitro kamero, ki omogoča snemanje 5.000 slik na sekundo.[10] Pokazali so, da rak Odontodactylus scyllarus lahko udari s silo, ki je »več kakor stokrat večja od rakove telesne teže.« Palici podobna okončina doseže hitrost 14 – 23 m/s (50 – 83 km/h) in pospešek 65 – 104 km/s2 (6.600 – 10.600 g-jev).[11] S tem lahko razbijejo hišice polžev, ki so njihov plen, v ujetništvu pa so rakci tudi že razbili steklene stene posode, v kateri so bili.

Katapult

Da dosežejo takšne hitrosti, navadne mišice ne zadoščajo, potreben je katapultni mehanizem. Rak ima posebno sedlasto oblikovano vzmet v tečaju okončine, s katero udarja. Oblika te vzmeti ima tehnično ime hiperbolični paraboloid, podobna pa je čipsu znamke Pringles. Gre za zelo močno in učinkovito strukturo, kakršna se uporablja tudi v inženirstvu in arhitekturi, saj porazdeli obremenitve in je odporna na upogib.

Vendar pa vzmet ni dovolj za katapult. Potrebne so tudi mišice, da ga naložijo, in mehanizem, da ga sproži. Če vsi ti deli niso na svojem mestu, sistem nikakor ne deluje. To se ni moglo sestaviti z naključnimi majhnimi spremembami in naravno selekcijo, saj slednja ne bi izbrala nedelujočih vmesnih korakov, ki ne bi predstavljali nobene prednosti.

Razbijanje mehurčkov

Dejansko je vsak rakov udarec sestavljen iz dveh. Ekipa Patekove je odkrila, da ima vsak udarec dva vrhova sile, ki sta zamaknjena za manj kot polovico milisekunde. Drugi vrh je posledica procesa, imenovanega kavitacija.[12] Kavitacija nastopi, ko voda teče zelo hitro in neenakomerno, kar povzroči, da nastanejo drobni mehurčki vodne pare (zaradi padca tlaka, op. prev.). Ko se tlak spet poveča, se mehurčki sesedejo z nadzvočno hitrostjo, kar povzroči udarne valove z izredno visokimi tlaki, hrupom in celo manjšimi bliski svetlobe. Dejansko je kavitacijska sila lahko približno štirikrat večja od samega udarca z okončino. Kavitacija lahko uniči jeklene površine in ladijske vijake ter bi v Noetovem potopu lahko uničila trdne kamnine, vsaj kjer je bila voda plitva in je tekla hitro (globina do 10 m, hitrost preko 30 m/s). Celo rakova okončina ni povsem odporna na kavitacijo – čeprav je zgrajena iz odpornih mineralov, se morajo pogosto leviti, da se obnovijo.

ŽABE

Žabe so znane kot odlične skakalke, saj lahko skočijo več kot 20 – krat toliko kolikor so velike.  Svetovna rekorderka je maskarenska žaba Ptychadena mascareniensis, ki meri le 5 cm, skoči pa 5,25 m daleč. Za primerjavo: olimpijski atlet (visok okoli 2 m) skoči do 8,95 m, a to ni skok z mesta, temveč z zaletom.

Da lahko skačejo tako daleč, morajo žabe uporabljati še kaj poleg svojih nožnih mišic. Raziskovalci so iz posnetkov žabjih skokov izračunali, kolikšna dodatna ‘vzmet’ je potrebna. Verjetna razlaga je, da žabe tik pred vzletom s skrčenimi nožnimi mišicami raztegnejo tudi del, ki je podoben kiti. Tako kot pri frači energija raztegnjene elastike izstreli kamen, ko elastiko spustimo, tako energija, ki je shranjena v kiti, pomaga žabi skočiti.[13]

PLANKTONSKI POGO

Eden izmed organizmov, živečih v mlakah, ima neverjetno močno vzmet, če jo primerjamo z njegovo velikostjo. Enoceličar Vorticella convallaria se pritrdi na različne reči z izrastkom, imenovanim spazmonema. Leta 1676 je iznajditelj mikroskopa, Anton van Leeuwenhoek, opazil, da se izrastek lahko zelo skrči.

To je podrobneje raziskovala Danielle France iz MIT. Spazmonema se skrči kakor raztegnjen, tuljavi podoben kabel pri (starejšem) telefonskem aparatu – in to tudi pri obremenitvi 10.000 g-jev (tj. pri pospešku, ki je 10.000 – krat večji od gravitacijskega). Z vidika lastne teže je torej relativno močnejša od avtomobilskega motorja.

Ta nano-super-vzmet vsebuje šest proteinov, imenovanih centrini. Ekipa raziskovalcev skuša zgraditi umetne nano-super-vzmeti iz centrinov in verjamejo, da bi lahko bile del miniaturnih sond, ki bi zdravila dostavila v notranjost telesa. Torej ‘močvirska umazanija’ v nasprotju s priljubljenim evolucionističnim stereotipom nikakor ni ‘primitivna’.

 

Vir: Sarfati, J., By Design, Creation Book Publishers, 2008.

[1] Herrel, A., et. al, Supercontracting muscle: producing tension over extreme muscle lengths, J. Exp. Biol. 205:2167-2173, 2002.

[2] Snelderwaard, P. Ch., De Groot, J.H., Deban, S.M., Digital video combined with conventional radiography creates an excellent high-speed X-ray video system, J. Biomechanics 35:1007-1009, 2002.

[3] Herrel, A., et al., The mechanics of prey prehension in chameleons, J. Exp. Biol., 203:3255-3263, 2000.

[4] Weston, P., Kangaroo rats, Creation 26(3):18-20, 2004

[5] Schilthuizen, M., Slip of the chameleon’s tongue, Science Now

[6] Müller, U.K. in Kranenbarg, S., Power at the tip of the tongue, Science 304(5668):217-219, 9.4.2004.

[7] Glejte Wieland, C., Evolution and practical science, Creation 20(4):4, 1998.

[8] Wilson, A.M., et al., Horses damp the spring in their step, Nature 414(6866):895-899, 2001; komentar Alexander, R. McN., Damper for bad vibrations, ista številka, str. 855-857.

[9] Wilson, A.M., Watson, J.C. in Lichtwark, G.A., A catapult for rapid limb protraction, Nature 421(6918):35-36, 2003.

[10] Sanders, R., Mantis shrimp may have swiftest kick in the animal kingdom, UCBerkeley News, 2004.

[11] Patek, S.N., Korff, W.L. in Caldwell, R.L., Deadly strike mechanism of a mantis shrimp, Nature 428(6985):819, 2004.

[12] Patek, S.N. in Caldwell, R.L., Extreme impact and cavitation forces of a biological hammer: strike forces of the peacock mantis shrimp Odontodactylus scyllarus, J. Exp. Biol. 208:3655-3664, 2005.

[13] Roberts, T.J. in Marsh, R.L., Probing the limits to muscle-powered accelerations: lessons from jumping bullfrogs, J. Exp. Biol. 206(15):2567-2580, 2003.