Биологическая загадка: как совам удается так крутить головой?
Совам не нужны глаза на затылке, чтобы увидеть происходящее сзади, они могут просто повернуть голову. Известно, что многие виды сов, такие как пестрая неясыть, способны крутить головой на 270 градусов в любом направлении, а это означает, что они могут посмотреть налево, повернув голову направо, или наоборот.
Но как им удается не разрывать артерии и не перекрывать поток крови к мозгу? За поиски ответа на этот вопрос взялись художник-оформитель и доктор из Университета Джона Хопкинса.
Взгляд внутрь совы
Чтобы посмотреть на кровеносные сосуды совы при повороте головы, исследователи ввели краситель в артерии дюжины мертвых белых сов, пестрых неясытей и виргинских филинов и использовали компьютерный томограф для визуализации того, как жидкость будет распространяться по сосудам птиц. После создания сканированных изображений исследователи ввели похожую на пластик субстанцию в вены птиц, после чего рассекли ткани и нарисовали схемы и местоположения сосудов.
Ученые обнаружили ряд ранее неизвестных и уникальных свойств. Во-первых, кости шеи сов, т.е. позвонки, содержат отверстия, которые гораздо больше тех, что можно увидеть у других птиц или людей. У нас отверстия в позвонках почти такого же размера, что и артерия, но у сов они в 10 раз шире сосудов. Эти отверстия, или каналы, очевидно, содержат мешочки воздуха, предназначенные для смягчения резких крутящих движений головы.
Большие отверстия и слабое натяжение в нижней части шеи дают понять, почему не рвутся сосуды. Но они не объясняют, из-за чего не прерывается подача крови, когда сова крутит головой. А ведь повороты под таким углом просто обязаны вызывать хотя бы частичное блокирование артерий.
Кровь для мозга
Ученые заметили, что при приближении к голове позвоночная артерия немного расширяется, что является необычным и никогда не отмечалось среди многих других животных (сосуды по типу ствола дерева становятся все тоньше с удалением от сердца). Авторы считают, что эти расширенные зоны могут функционировать как резервуары, в которых накапливается кровь, а потому у мозга появляется некоторый запас на время движения головы.
Кроме того, кровеносные сосуды у мозга тесно соединены. Сосуд под названием тройничная артерия связывает переднюю и заднюю часть мозга совы, что позволяет обеспечивать орган максимальными объемами крови.
Так зачем же совам крутить головой под таким углом? Дело в том, что у них трубчатые глаза, их строение очень напоминает телескоп, благодаря чему птицы обладают поразительным зрением. Но в отличие от людей, у которых глаза почти сферической формы, совы едва могут ими двигать, а потому вынуждены поворачивать всю голову.
Это исследование в очередной раз демонстрирует, насколько превосходно птицы адаптировались к своей среде, ведь они могут видеть все вокруг, несмотря на относительно зафиксированные глаза. Ученые надеются, что исследование заставит людей еще больше ценить жизнь на нашей планете.
Уникальная особенность кровообращения шеи и головы сов. Почему сова может крутить головой на 270 градусов
Совы – уникальные животные. Они обладают необычными приспособлениями для выживания: начиная бесшумными полетами и заканчивая строением слуха. Но человека больше всего привлекла удивительная способность сов к повороту головы. Ведь так не может ни сам человек, ни другие животные.
У сов нет ушных раковин, которыми они могли бы улавливать звук. Они не могут шевелить глазами из-за их особого строения. Позвонки в грудном, поясничном и крестцовом отделе срощены для обеспечения стабильного полета – так что всю подвижность берет на себя шея.
Строение ее кровеносной системы позволяет совам поворачивать голову без ущерба для своего здоровья. Этому способствует то, что с 12 по 14 позвонках отсутствуют поперечные отверстия (foramen transverse), тем самым давая сосудам место для размещения при повороте шеи.Сами поперечные отверстия (foramen transverse) в десять раз больше позвоночной артерии (a. vertebralis). В них находятся воздушные мешки. Они отличные амортизаторы.
Такие крупнейшие кровеносные сосуды, как промежуточные сонные артерии (a. carotis intermedius), проходят у сов в специальных углублениях на позвонках. Они сходятся и идут параллельно друг другу. То, что эти артерии не закрыты в отверстиях, дает им пространство для размещения, что позволяет избежать травмирования.
Ещё одна особенность строения сосудистой системы – это сократительные резервуары. Они представлены расширениями артерий. Благодаря эластичности стенки, эти резервуары растягиваются при повороте головы, что способствует току крови. Так же, поддерживать постоянный кровяной поток помогает еще и разветвлённая сеть более мелких кровеносных сосудов.Более сложная система – анастомоз – представляет собой соединения между сонной (a. carotis) и позвоночной артериями (a. vertebralis) в виде более мелких кровеносных сосудов, которые позволяют регулировать поток крови. Свободная троичная артерия (a. trinitatis) дает возможность крови проникать к мозгу совы, даже если основной путь перекрыт из-за резкого поворота шеи.
Также см. из тезисов 1го Всероссийского орнитологического конгресса 2018 г., «Соотношение располагаемой и реализуемой подвижности в механизме поворота головы сов»:
Е.Е. Грицышина, А.А. Панютина, А.Н. Кузнецов
Поворот головы сов представляет собой совершенно уникальную для птиц специализацию. Достоверно известна их способность поворачивать голову на 270° в каждую сторону (Steinbach, Money, 1973), а на препаратах эта подвижность без каких-либо видимых повреждений достигает 360° (Грицышина и др., 2016).
Такая колоссальная подвижность необходима совам в связи со спецификой их кормодобывания: ночные хищники должны не только заметить жертву в темноте, но и неотрывно следить за ней, пока не наступит момент атаковать. Несмотря на всю феноменальность, поворот головы сов попал в центр внимания исследователей совсем недавно. Оказалось, что сохранность сосудов при повороте головы обусловлена многократной разницей в диаметре сосудов и каротидных отверстий, в которых они пролегают (de Kok-Mercado et al., 2013).
В отношении самого механизма поворота было показано, что такая колоссальная подвижность обеспечивается в основном сочетанием дорсо-вентральной и латеральной флексии на всём протяжении шеи, а существенная ротация имеет место лишь в области затылка (Грицышина и др., 2016). Распределение подвижности на томограммах сов с головой, повёрнутой на 360°, сходно у разных видов и выглядит следующим образом. Ротация, сосредоточенная в зоне между затылком и эпистрофеем (две трети в атланто-черепном, треть в атланто-эпистрофейном суставах), составляет немногим менее 90°. В последующих суставах ротация незначительная, от 5 до 10°.
Боковая подвижность в проксимальной части шеи невелика, её амплитуда возрастает начиная с уровня VI–VII позвонков и сохраняется в пределах 10–20° до конца шеи. Дорсо-вентральная подвижность нарастает начиная с уровня IV–V позвонков, достигает максимума в области VI–VIII позвонков и заметно уменьшается к концу шеи. Это параметры подвижности, реализуемой при совершении поворота головы на 360° относительно туловища. Но чтобы понять свойства костно-мускульного аппарата шеи, необходимо определить, какая располагаемая подвижность стоит за реализуемой.
Для этого мы оценили пределы дорсо-вентральной и боковой подвижности на синдесмологических препаратах свежих сов. Оказалось, что располагаемая боковая подвижность очень высока в самом проксимальном отделе шеи (почти 90°), а после второго позвонка резко снижается и держится на уровне 20° до IX–X позвонков, после чего её амплитуда немного растёт и достигает 30° в самом заднем отделе шеи. Соответственно, в проксимальной части шеи диапазон боковой подвижности практически не используется для поворота, а в дистальной используется почти до предела. Дорсальная флексия почти на всех участках значительно превосходит вентральную, за исключением первых двух суставов шеи, где вентральная флексия составляет около 100°, а дорсальная лишь около 40°.
Далее амплитуда вентральной флексии уменьшается и сохраняется на низком уровне на протяжении всей шеи. Амплитуда дорсальной, наоборот, не падает ниже
10° и достигает максимума (около 60°) между IV–IX позвонками. По данным томографии, вентральная флексия при повороте очень слаба и имеет место лишь в двух-трёх проксимальных суставах. Таким образом, располагаемая вентральная флексия многократно превышает реализуемую при повороте. Дорсальная флексия в проксимальных отделах шеи также заметно выше реализуемой, однако, начиная с V–VII позвонков, амплитуда реализуемой подвижности приближается к располагаемой и в задней части шеи амплитуда дорсальной флексии используется до предела.
Наши данные позволяют предположить, что высокая дорсо-вентральная и боковая подвижности в области I–II позвонков являются издержками значительной ротации в этой области. В остальном практически вся располагаемая подвижность используется при повороте головы на 360°, за исключением небольшого участка в области II–VI позвонков, где амплитуда дорсальной флексии имеет некоторый запас» ( с.92 ).
Уникальная особенность кровообращения шеи и головы сов. Почему сова может крутить головой на 270 градусов.
Совы – уникальные животные. Они обладают необычными приспособлениями для выживания: начиная бесшумными полетами и заканчивая строением слуха. Но человека больше всего привлекла удивительная способность сов к повороту головы. Ведь так не может ни сам человек, ни другие животные.
У сов нет ушных раковин, которыми они могли бы улавливать звук. Они не могут шевелить глазами из-за их особого строения. Позвонки в грудном, поясничном и крестцовом отделе срощены для обеспечения стабильного полета – так что всю подвижность берет на себя шея.
Строение ее кровеносной системы позволяет совам поворачивать голову без ущерба для своего здоровья. Этому способствует то, что с 12 по 14 позвонках отсутствуют поперечные отверстия (foramen transverse), тем самым давая сосудам место для размещения при повороте шеи.
Сами поперечные отверстия (foramen transverse) в десять раз больше позвоночной артерии (a. vertebralis). В них находятся воздушные мешки. Они отличные амортизаторы.
Такие крупнейшие кровеносные сосуды, как промежуточные сонные артерии (a. carotis intermedius), проходят у сов в специальных углублениях на позвонках. Они сходятся и идут параллельно друг другу. То, что эти артерии не закрыты в отверстиях, дает им пространство для размещения, что позволяет избежать травмирования.
Ещё одна особенность строения сосудистой системы – это сократительные резервуары. Они представлены расширениями артерий. Благодаря эластичности стенки, эти резервуары растягиваются при повороте головы, что способствует току крови. Так же, поддерживать постоянный кровяной поток помогает еще и разветвлённая сеть более мелких кровеносных сосудов.
чтобы увидеть изображение в лучшем качестве – кликните картинку
Более сложная система – анастомоз – представляет собой соединения между сонной (a. carotis) и позвоночной артериями (a. vertebralis) в виде более мелких кровеносных сосудов, которые позволяют регулировать поток крови. Свободная троичная артерия (a. trinitatis) дает возможность крови проникать к мозгу совы, даже если основной путь перекрыт из-за резкого поворота шеи.
Совы, как и любые птицы интересны в изучении. Мы ещё многого о них не знаем. Но такие открытия помогают лучше понять их и их организм.
Оригинальный постер на английком языке авторства Fabian de Kok-Mercado, Johns Hopkins University School of Medicine, Department of Art as Applied to Medicine можно скачать тут.
На сколько может поворачивается голова у совы и почему она крутится
Тактические повороты головы
Я более чем уверен, что я не единственный, кто смотрит видеоролики по тактической стрельбе и видит, как стреляющий, заканчивая упражнение, быстро поворачивает голову из стороны в сторону. Для тех, кто стрельбой не занимается или только учится, это выглядит как не совсем понятное движение, но для тех, кто знает весь смысл этого действия, повороты головы очень много значат.
На что вы смотрите?
Люди, служившие и служащие в армии, участвовавшие в боевых действиях подтвердят, что контроль над ситуацией и окружающей обстановкой важен не только во время боя, но и после него. Во время стрельбы, сосредоточившись, зрение становится туннельным. Человеку, в обычной обстановке, требуется 13 миллисекунд, чтобы глаза восприняли «картинку» и мозг её обработал (13 миллисекунд это результат каких-то исследований в 2014 году). Фактически, это скорость реакции человека на то, что он видит. Вроде бы, 13 миллисекунд это очень быстро, но скорость вашей реакции может зависеть от кучи факторов.
В принципе, нет статического времени восприятия-реакции человека. Время реакции сильно отличается в различных условиях и действиях, даже при выполнении одного и того же действия, человек в зависимости от физического состояния будет с разной скоростью реагировать. Время реакции может различаться от 15 миллисекунд до нескольких секунд. Поэтому если вы при стрельбе будете тренировать только скорость вращения головы из стороны в сторону, а не реакцию, это действие будет бесполезным.
Всем понятно, что быстрые повороты головы предназначены для расфокусировки взгляда после стрельбы и быстрой оценки окружающей вас обстановки на предмет опасности и угроз. Правильно освоив этот навык, на поле боя вы всегда будете контролировать происходящее вокруг вас. На стрельбище, инструктор, стоя сбоку от стрелка иногда может брать в руки табличку с номером, какой-то предмет, а после «вращения головы» стрелка спрашивать — что ты видел? Частый ответ — НИЧЕГО! Кроме самого инструктора. В этом и проблема. Во время тренировок необходимо не только быстро вращать головой, но и упражнять свой мозг на быстрое восприятие и обработку «картинки», довести это до рефлекса.
Попробуйте в следующий раз на стрельбище не просто «осмотреться», а максимально зафиксировать и обработать увиденное, вкупе со скоростью «осмотра».
Тренируйтесь замечать мелочи.
Видео
Зубов у них тоже нет
Клюв сов гладкий как кусок обсидиана
Даже у гусей есть зубы, а у сов — нет. Для разделки туш своей добычи, эти птицы используют острые когти.
На сколько градусов сова поворачивает голову
Существует миф о том, что совы могут развернуть голову на 360 градусов.
На самом деле птицы могут поворачивать свои шеи только на 135 градусов в каждую сторону, поэтому их общий диапазон движений составляет 270 градусов.
Но они часто смотрят не вперед, а в сторону, а потом резко поворачивают голову в противоположное положение. Из-за этого возникает иллюзия поворота головы на 360 градусов, когда хищник разворачивает свою голову набок одним движением.
Интересный факт! Шеи многих птиц имеют гораздо более гибкие позвонки, чем человек, но совы занимают среди них первенство.
Слух птичек чрезвычайно чуткий
Совы слышат в 10 раз больше звуков, чем люди
Сове не важно, где спряталась жертва: она может выследить добычу, находящуюся под землёй, снегом, грязью, листьями. Их уши (через которые, кстати, можно увидеть глаза) могут распознавать как сверхнизкие, так и сверхвысокие частоты благодаря сокращениям мышц и «перьям-звукоуловителям», расположенным на голове птицы.
Полет совы абсолютно бесшумный
Их пуховые перья (которые у других птиц служат для теплоизоляции) распушены, таким образом, перья сов поглощают аэродинамический шум и подавляют вибрации, возникающие, когда птица хлопает крыльями.
Первыми пищу получают самые сильные птенцы
Сова-мать в первую очередь накормит своих самых сильных и самых старших птенцов. Это означает, что, если еды мало, то птенцы поменьше и помладше, скорее всего, не получат ее.
Как сова так сильно поворачивает головой
Учёные всего мира посвятили ни один год исследований, чтобы выяснить почему у совы крутится голова, не перекрывая доступ крови к мозгу и не нарушая работы артерий. И, как выяснилось в итоге, причина этого кроется в необычном строении совиной шеи, аналогов которой больше не встречается в природе.
Совы обладают особенным строением шеи, больше не встречающимся ни у кого в природе
Как рассказывает один из исследователей университета Джона Хоппкинса, располагающегося в США, доктор Филипп Гайлауд:
«Долгое время все специалисты, вроде меня, имеющие хоть небольшое представление о работе мозга, и постоянно сталкивающиеся с травмами человеческой головы и шеи, только гадали каким образом то, на сколько сова может повернуть голову, ещё не стало причиной того, что тысячи птиц просто не свалились на землю от инсульта».
Артерии, располагающиеся на шее большинства животных весьма хрупки и легко травмируются. Но особенности строения их позвонков и артерий готовы перевернуть с ног на голову привычную человеку картину мира.
Обратите внимание! Если бы человек попытался повторить подобные телодвижения, то это привело бы к разрыву его артерий, образованию тромба и, как несложно догадаться, к инсульту. Конечно, это если не упоминать того, что человеческая шея бы просто сломалась.
Роль шейных позвонков и артерий
Чтобы узнать, сколько у птицы шейных позвонков и как сова поворачивает голову, учёным пришлось ввести сыворотку, имитирующую кровоток, в кровеносные сосуды 12 птиц, умерших по естественным причинам. Далее были использованы возможности компьютерной томографии, что позволило проследить за передвижением окрашенной жидкости через артерии. Учёные крутили головами пернатых хищников, чтобы увидеть, что случится и как будет двигаться сыворотка.
Гибкость шеи помогает птицам при охоте
После этого исследователи ввели в кровеносную систему птиц вещество, схожее с пластиком, чтобы получить точное местоположения кровеносных путей и маршруты движения жидкостей. В результате эксперимента учёные сделали несколько интересных открытий, раскрывающих тайну того, почему у сов получается крутить головой, не травмируя свои артерии:
Строение скелета
Скелет совы имеет характерные черты:
Совы живут на всех континентах мира и даже в Азии. Они отличаются размерами и окрасом тела, образом жизни и средой обитания. Большинство из них населяет густые леса, и лишь часть из них обитают на открытой местности.
Птицы данного отряда ведут оседлый образ жизни. Живут в собственно построенных гнездах, но могут занимать и дупла других птиц.
Филины населяют пустыни, горы, степи и леса. На полях и лугах может выжидать свою добычу лишь ушастая сова. При этом для жизни и откладывания яиц она выбирает леса. Белые совы встречаются в тундре, но зимовать улетают на юг. Сипухи выбирают гнезда поблизости от человека – на чердаке, под крышей дома.
Раскрыт секрет, позволяющий совам поворачивать голову на 270 градусов
Сотрудники Университета Джона Хопкинса (Балтимор) выяснили, каким образом совы могут поворачивать голову почти на 270 градусов и при этом не перекрывать приток крови к мозгу и не повреждать кровеносные сосуды шеи.
Группа учёных под руководством Фабиана де Кок-Меркадо (Fabian de Kok-Mercado) проанализировала анатомические особенности дюжины птиц. Ученые исследовали костную структуру и кровеносную систему полярных и больших ушастых сов, а также пёстрых неясытей. Чтобы повысить информативность рентгеновских снимков, в сосуды было введено специальное контрастное вещество. После этого сосуды были тщательно препарированы, отсканированы и зарисованы для детального анализа.
У человека резкое вращение головы способно вызвать растяжение сосудов и образование тромбов, которые, оторвавшись, могут привести к смерти или инсульту. Учёные говорят, что такие травмы часто возникают при автомобильных авариях, а также после неудачных визитов к мануальным терапевтам или посещений «американских горок».
Первое интересное наблюдение ждало ученых, когда они ввели контрастное вещество в артерии совы, имитировавшее поток крови, и повернули голову вручную. Кровеносные сосуды в основании головы, находящиеся под челюстной костью, оказались очень эластичными, расширяясь по мере поступления дополнительных порций крови. У человека подобной эластичности не наблюдается. Такие резервуары позволяют накапливать достаточный объём крови, чтобы питать мозг во время поворота головы. Поддерживать постоянный кровяной поток помогает еще и разветвлённая сеть более мелких кровеносных сосудов.
Кровеносные сосуды совы эластичней человеческих.
Следующей анатомической особенностью, отмеченной учёными, стал относительный размер отверстий в поперечных отростках шейных позвонках совы, через которые проходит одна из основных артерий, питающих мозг. Эти отверстия примерно в 10 раз больше в диаметре, чем сама позвоночная артерия. Таким образом, образуется много свободного места, и артерия не пережимается при повороте головы. У человека артерия буквально зажата позвонками, а широкие отверстия 12 из 14 шейных позвонков сов дает им большую свободу движений.
Широкие отверстия для артерий дают свободу движения, а анастомозы между сонной и позвоночной артериями обеспечивают альтернативный путь крови к мозгу совы.
Еще одним открытием Кок-Меркадо и Гайю в анатомии сов стал так называемый анастомоз – множественные соединения между сонной и позвоночной артериями в виде более мелких кровеносных сосудов, которые позволяют регулировать поток крови. У взрослых людей подобного не наблюдается. В частности, свободная троичная артерия, представляющая собой одну из подобных перемычек, позволяет крови непосредственно проникать к мозгу совы, даже если основной путь перекрыт резким разворотом шеи.
Это работа заняла первое место в категории «Постеры и графика» конкурса «International Science & Engineering Visualization Challenge 2012», проводимого Национальным научным фондом США. Теперь, изучив строение шеи сов, учёные планируют исследовать анатомию ястребов, чтобы разобраться, есть ли у других птиц механизмы, позволяющие беспрепятственно вращать головой.