Морщины слонов могут вдохновить на создание роботов

Слоновий хобот служит для захвата пищи, разбрызгивания воды или песка на спину, чтобы охладиться, и для того, чтобы подавать звуковые сигналы своим сородичам. Детеныши слонов применяют свои хоботы, чтобы кормиться, засасывая молоко и распыляя его в рот.

"Это самый невероятный хватательный орган на планете", — утверждает нейробиолог из Берлинского университета имени Гумбольдта Михаэль Брехт (Michael Brecht).

Хобот — это мышечный придаток без костей так хорошо функционирует благодаря своим примечательным морщинам, которые на хоботе действуют как руки и локти, утверждают Брехт и его коллеги на страницах журнала Royal Society Open Science.

Когда инженер-механик и биофизик из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка Эндрю Шульц (Andrew Schulz) приступил к изучению хоботов слонов, он предположил, что характерные морщины развиваются со временем, когда животные часто их используют, подобно тому, как у людей появляются мимические морщины. Но вскоре понял, что даже у новорождённых слонов имеются морщинистые хоботы.

Многие детеныши животных, включая человека, рождаются со случайными морщинами, так как у них слишком много кожи по отношению к телу. У детенышей слонов морщины на хоботе, напротив, всегда находятся на одних и тех же местах и формируются еще до рождения, что указывает на их конкретное назначение.

Исследователи изучили оба вида слонов: азиатских (Elephas maximus) и африканских (Loxodonta africana), которые используют свои хоботы по-разному. У африканских слонов на конце хобота есть два прочных хрящевых "пальца", которые позволяют им захватывать предметы. У азиатских слонов, наоборот, один "палец" и одна выпуклая проекция между хоботом и нижней губой, с помощью которых они захватывают крупные объекты, такие как дыни.

Исследователи изучили различия между видами, анализируя музейные экспонаты, животных из зоопарков и фотоснимки. Хоботы азиатских слонов содержат больше морщин: в среднем 126, по сравнению с 83 у африканских слонов. Дополнительные складки могут давать азиатским слонам большую гибкость для компенсации отсутствия второго "пальца", отмечает Шульц. В обоих видах морщины концентрируются в поворотной точке, которая работает как мышечный локоть, позволяя хоботу обвиваться вокруг предметов.

Чтобы понять, как формируются эти морщины, команда собрала два эмбриона азиатских и три африканских слонов из музейных коллекций, а также проанализировала десятки опубликованных фотографий или рисунков эмбрионов разного возраста.

Морщины начинают появляться сразу же, как только формируется хобот — примерно на 20-й день из 22-месячного периода беременности слона. В течение следующих 150 дней количество морщин увеличивается экспоненциально, удваиваясь каждые три недели, и концентрируется вокруг поворотной точки. Позже в процессе развития у азиатских слонов появляется еще больше морщин.

Затем ученые изучили, способствует ли использование хобота появлению дополнительных морщин, как они изначально подозревали. Слоны могут быть левшами или правшами, изгибая хобот в одну сторону для захвата пищи. Со временем это создает больше морщин на одной стороне хобота, чем на другой.

О генетических и молекулярных механизмах, приводящих к формированию хобота и морщин, известно немного, из-за долгого периода беременности слонов и этических вопросов о манипуляциях с их эмбрионами. Но это может стать темой для будущих исследований, говорит Брехт.

Шульц надеется, что это исследование будет полезно в разработке мягких роботов для реагирования на чрезвычайные ситуации. Эти роботы, управляемые гидростатическим давлением, работают по аналогии со слоновьими хоботами и способны проникать в труднодоступные места.

Уточнения

Хо́бот или хобото́к (лат. proboscis; от др.-рус. хобот — «хвост змеи, лошади») — непарный вырост на переднем конце тела животного, обычно обладающий подвижностью (способностью изгибаться и/или втягиваться). Термин используется в качестве общего названия для негомологичных органов у многих групп организмов.

Африканские слоны (лат. Loxodonta) — род африканских млекопитающих отряда хоботных.

Азиа́тский слон или индийский слон (лат. Elephas maximus), — млекопитающее отряда хоботных, единственный современный вид рода азиатских слонов (Elephas) и один из трёх современных видов семейства слоновых.