Чудеса эволюции на примере жирафа. Зачем жирафу длинная шея? Как происходило формирование длинной шеи у жирафа

Жираф – это животное с тонкими ногами и длинной шеей, изящное и очень удивительное. Его рост иногда может достигать отметки более 5 метров, и этим он очень отличается от других животных. Жираф является самым высоким животным среди обитателей суши. Половина общего роста жирафа – это только одна его шея!

Вопрос «Зачем жирафу ноги, и шея такой длины?» мучает людей всех возрастов. Но если бы животных с настолько длинной шеей на Земле жило больше, ответ на вопрос был бы очевиден. Жирафы также имеют и другие отличительные признаки строения организма, который не похож на тела остальных животных. Его шею образует система из семи позвонков, как и у других животных. Но форма позвонков жирафа не похожа на обычные. Они сильно вытянуты в длину. Именно из-за этого шея жирафа не такая гибкая, как, например, у нас.

Ты уже знаешь, что задача сердца – это обеспечить кровью все клетки тела. Чтобы кровь попала в мозг жирафа, ее нужно поднять на высоту более двух метров. Только большое сердце сможет выполнять эту задачу. По этой причине давление в крови у этих животных почти в два раза больше, чем у других.

Жираф дышит намного медленнее человека, но это не мешает ему иметь невероятно большие легкие. В сравнении с человеком, их объем почти в девять раз превышает наши. Их цель – циркулировать кислород по трахее, которая находится в шее.

Ты удивишься, но жирафы спят стоя. Они кладут голову на спину и засыпают. Но иногда, если их ноги устали, они могут уснуть на земле. При таком способе сна им трудно найти удобное положение для шеи. Еще один удивительный факт: сон жирафа длится лишь один час!

Ученые доказали, что строение организма жирафа напрямую связано с его питанием. Он кушает листья и ветки с деревьев. А так как в жарких условиях не только жираф питается растениями и травой, то его длинная шея незаменима для добычи пищи. Таким образом, жираф находится в наиболее выгодных условиях, чем другие обитатели засушливых мест.

Самым любимым лакомством у этих животных считается акация. Но ее колючки не способны навредить жирафу, потому что у него особенное строение ротовой полости. Жираф очень любит покушать. Этот процесс длится у него более пятнадцати часов каждый день, а вся пища может весить более 30 килограммов.

Но длинная шея – это не только положительные стороны, но и отрицательные. К примеру, чтобы попить жидкости, жирафу нужно расставить ноги и наклониться, чтобы достать до воды. В этом положении жираф становится очень уязвимым, и хищники с легкостью могут покалечить его или даже убить. По этой причине жираф способен жить без воды почти неделю, забирая жидкость из листиков и растений. Но когда он имеет возможность, то может выпить более 35 литров воды!

Тебе интересно, почему же шея жирафа стала такой длинной? Ученые уверены, что это произошло в ходе эволюции. Во время засухи животные с длинной шеей имели больше шансов на выживание, что и передавалось потомкам по наследству. Тогда должны находиться и переходные формы между современными жирафами и их предками. Но, к сожалению, ни одного такого животного пока найдено не было.

Разумеется что у жирафа шея стала длинной не потому что его предкам приходилось все время тянутся за листочками. Так как же все было?

Во времена раннего неогена было процветание видов жиравовых, т огда они достигли наибольшего количества видов и географического распростронения. Многие из них(видов) уже тогда отличались крупными размерами и могучим телосложением. В следствии изменения климата в плейстоцене, большинство жирафовых вымерло, оставив лишь два со временных вида:жираф и окапи. У них еще были короткие шеи но со временем благодаря мутациям у жирафов шеи стали

удлинятся давая ряд приемуществ.

По одной из версий автором которой является зоолог Роб Сименс, длинные шеи возникли в следствии борьбы сам цов шеями. Самец с более длиной шеей чаще побеждал и в следствии получал больше "внимания" самок, в результате производя больше потомства.

Так же к версии Сименса следует добавить что длиная шея давала приимущество в поисках пищи они могли ощипывать верхушки деревьев а значит, они находили для себя больше пищи и имели больше шансов выжить, особенно в периоды, когда еды было мало и прихо дилось конкурировать с другими травоядными: антилопами, зебрами и многими другими. И каждому из них приходится обедать на своем «этаже».

Щипать низкорослую траву жирафу неудобно, зато он без труда дотягивается до самых верхушек деревьев, а на такой высоте конкурентов у него нет.(Так же нередко жирафы предпоч итают передвигатся для повышения собственной безопасности вместе с стадами антилоп или зебр. Тут им тоже пригодится длиная шея во избежание конкуренции за пищу) Жираф редко щиплет сте пную траву, предпочитая только сочные побеги, которые богаты влагой. Получая всю необходимую жидкость из пищи, жирафы могут находиться довольно-таки далеко от источников воды.

Так же как утверждают зоологи из Центра исследований Дикой Природы в Южной Африке и Американского университета штата Вайоминг, преимуществом длиношеих явлеется то что они могут дальше видеть(Своих высоких сородичей жирафы могут видеть на расстоянии до километра), тем самым повышая собств еннуя безопастность, а так же длиная шея улучшает терморегуляцию, благодаря увеличению площади поверхности тела.

Ну хорошо, но ведь кроме приеиушеств есь и минусы, как же хищник и? Ведь с длиной шеей жираф более уязвим. Жирафы умеют быстро бегать и в случае острой необходимости достигают галопом скорости 55 км/ч, то есть на коротких дистанциях они могут перегнать скаковую лошадь.

Примечательно и то, что эти на первый взгляд громоздкие и неповор отливые животные умеют и прыгать, преодолевая даже барьеры высотой 1,85 м. Ну а если прийдется схлестнутся с врагом морда к морде то он довольно эффективно обороняется сильными ударами передних копыт, способными размозжить череп любому не осторожному нападающему.

Благодаря своим размерам жираф имеет мало естественных врагов, а от тех немногих хищников, которые осмеливаются напасть на него, он довольно эффективно обороняется сильными ударами передних копыт, способными размозжить череп любому неост орожному нападающему.

Отлично, с шеей мы разобрались но как же кровообращение, особенно в отношении снабжения мознга, с такой то шеей?

Сердце у жирафов осбенно сильное. Оно пропускает 60 л крови в минуту, весит 12 кг и создаёт давление, которое в т ри раза выше, чем у человека.
Тем не менее, оно не смогло бы вынести перегрузки при резком опускании и поднятии головы жирафа. Для того, чтобы такие движения не вызвали смерть животного, кров ь жирафа более густая и имеет вдвое более высокую плотность кровяных телец, чем у человека. Помимо этого, у жирафа имеются особые запирающие клапаны в большой шейной вене, прерывающие поток крови таким образом, что сохраняется давление в главной артерии, снабжающей мозг.

Как и у людей, шея у жирафов состоит из семи позвонков. Но, тем не менее, она гораздо длиннее, чем у нас. Это объясняется тем, что третий шейный позвонок животного в длину практически такой же, как кость, соединяющая плечевой и локтевой суставы человека. При этом ее ширина почти в 9 раз меньше.

Жирафы не сразу получили длинную шею

Согласно новому исследованию, опубликованному в Королевском сообществе открытых наук, удлинение шеи жирафа произошло постепенно. Процесс занял, по крайней мере, два этапа. Сначала шейные позвонки растянулись в сторону головы и лишь миллионы лет спустя - в направлении хвоста.

Почему жирафы имеют такую длинную шею - вопрос, который уже долгое время обсуждается учеными. По некоторым предположениям, это облегчает животным добычу пищи в виде высоких растений. Сторонники иного мнения считают, что подобная конструкция тела, возможно, сформировалась для защитной функции.

Ученые выделили два периода развития животных

Чтобы изучить, каким же именно образом животные получили такое приобретение, команда ученых во главе с Мелиндой Дановиц из Нью-Йоркского колледжа остеопатической медицины провела анализ 71 позвонка. Исследованию подверглись образцы представителей 11 различных видов жирафов. Среди них присутствовали позвонки девяти вымерших и двух живущих групп животных. Эти ископаемые кости были размещены в музеях по всему миру, а некоторые были обнаружены более века назад.

«Самое интересное то, что длина шеи жирафа, живущего много лет назад, не соответствует размерам шеи современного животного», - отметил один из соавторов исследования Никос Солониас. Также он добавил в своем заявлении: «Во-первых, у представителей видов раннего периода удлинена только передняя часть третьего позвонка. Те кости, которые были чуть «помоложе» оказались более крупными. Они уже успели пройти два этапа своего развития и были удлинены как в сторону головы, так и в сторону хвоста».

По ту сторону эпохи

Верхний конец позвонка первоначально растянулся около 7 миллионов лет назад. Этот вид животных, называемых самотерии (Samotherium), уже вымер. Этот представитель парнокопытных является самым дальним родственником современного жирафа. Второй этап развития животного - удлинение позвонка в хвостовой части - произошел гораздо позже, примерно 1 миллион лет назад.

Также команда обнаружила, что самый примитивный жираф появился уже с немного вытянутой шеей. Как заметила Дановиц, первые признаки удлинения позвонков могли появиться еще 25 миллионов лет назад. В таком случае предком жирафа вполне реально считать так называемого продремотериума (Prodremotherium).

Жирафов трудно не заметить. В зоопарках или в естественной среде обитания - Центральной Африке - они возвышаются над остальными зверями. Еще бы! Ведь жираф является самым высоким наземным животным планеты. Длина шеи жирафа долгие годы озадачивала исследователей природы. Нередко приходится слышать: "Откуда у них такая длинная шея?"

Глядя, как трёхметровый (не считая шеи!) зверь вытягивает шею, длина которой - 2,5 метра, а затем высовывает язык длиной ещё сантиметров тридцать, добираясь до, казалось бы, недосягаемой ветки акации, можно подумать, что жирафы "отрастили" себе такую длинную шею в результате долгих упражнений. Но действительно ли жираф способен как-то повлиять на ? Разве изменение одного признака не влияет на организм в целом? Приглядимся к жирафу…

Жираф - млекопитающее, и следовательно, его анатомическое строение во многом должно быть похоже на строение других млекопитающих. Как у подавляющего большинства зверей, у жирафа семь шейных позвонков. А что, если бы у него не было этих семи звеньев между плечами и основанием черепа? Огромная голова жирафа должна постоянно пребывать наверху. Когда жираф стоит, то почти половина его 225-килограммовой шейной мускулатуры находится в напряжении. А мышечная масса напрямую связана с количеством суставов, которые ей необходимо поддерживать. Если бы суставов, к примеру, было всего два - на черепе и на груди, - вес животного был бы значительно меньше, и для его жизнедеятельности требовалось бы меньше энергии. А если бы недостаток пищи привёл в результате к изменению строения шеи, то разве этот эволюционный процесс не изменил бы также и количество шейных позвонков и суставов? Конечно, проблема подобной конструкции состояла бы в потере гибкости и резком ослаблении сопротивляемости при ударе по голове или шее.

Напротив, шея с большим количеством суставов потребовала бы больших затрат энергии и большей мышечной массы. Это привело бы к смещению вперёд центра тяжести тела жирафа; следовательно, голова тоже вытянулась бы вперёд, а задние ноги оторвались бы от земли - конечно, при том условии, что передним ногам оказалось бы под силу это выдержать. Так что семь шейных позвонков - это прекрасное конструктивное решение.

Из-за того, что голова жирафа находится так высоко, его огромное сердце должно быть способно подавать в мозг (на высоту 3 метров) достаточное количество обогащённой кислородом крови. Учитывая высочайшее кровяное давление, это могло бы создать серьёзные проблемы, когда жираф наклоняет голову (скажем, на водопое), если бы не уникальная система артерий с утолщёнными стенками, разнообразными клапанами, сетью мельчайших сосудов (rete mirabile - "чудесная сеть") и рецепторами, оценивающими кровяное давление. С их помощью кровоток в шее жирафа регулируется в зависимости от давления. Даже тем, кто считает всю эту систему лишь "адаптацией к высокому давлению в кровеносных сосудах", жираф представляется уникальным существом.

Жираф обладает в животном мире, пожалуй, самым сильным сердцем, потому что для подъёма крови по шее к мозгу ему необходимо кровяное давление почти вдвое выше обычного. С таким давлением только очень необычные особенности строения спасают жирафа от галлюцинаций, когда он наклоняет голову на водопое.

Не менее удивителен тот факт, что кровь у жирафа не скапливается в ногах, и жираф не истекает кровью, поранив ногу. Разгадка этого секрета - в очень прочной коже и внутренних связках, обеспечивающих целость сосудов и нормальный кровоток. Строение кожи жирафа стало предметом интенсивного изучения специалистов НАСА в связи с разработками новых космических скафандров. Кроме того, все артерии и вены на ногах жирафа расположены очень глубоко, и это тоже препятствует кровотечению. Капилляры, подходящие к поверхности кожи, очень мелки, и красные кровяные тельца у жирафа втрое меньше человеческих; благодаря этому они проходят через узкие капилляры. Очевидно, что эти уникальные особенности анатомии жирафа взаимосвязаны с длиной его шеи.

Но это ещё не всё. Мелкие красные кровяные тельца обладают относительно большой поверхностью, они лучше и быстрее усваивают кислород из лёгких. Это помогает эффективно снабжать кислородом и конечности, и голову.

Лёгкие, работая в согласии с сердцем, обеспечивают ткани кислородом, но жираф уникален и в этом смысле. Его лёгкие в восемь раз больше, чем у человека, а частота дыхания - в три раза меньше.

Такое медленное дыхание необходимо, чтобы при движении огромных масс воздуха не обветрилась ребристая четырёхметровая трахея. Зачем жирафу такие большие лёгкие? После вдоха ни одно животное физически не может сделать полный выдох. Проблема жирафа осложняется тем, что из-за длинной трахеи образуется очень большой объём воздуха "мёртвого пространства" - больше, чем человек может вдохнуть за раз. Чтобы компенсировать это, нужно увеличить объём лёгких - тогда воздух "мёртвого пространства" составит малую часть всего воздуха в дыхательных путях. И в теле жирафа успешно решена эта физическая задача.

Чудо рождения жирафа несёт неизгладимую печать разумного замысла. Новорожденный появляется на свет, падая с полутораметровой высоты, поскольку мать не может присесть на полусогнутых ногах, а лечь на землю означает неминуемо стать добычей льва или иного хищника. Причём голова детёныша, как и у других зверей, непропорционально велика, что осложняет роды. Но главное состоит в том, что эта голова соединена с 70-килограммовым туловищем посредством хрупкой длинной шеи. И если новорожденный будет падать головой вперёд, то, когда сверху упадёт туловище, детёныш неминуемо сломает шею; а если туловищем вперёд, то он всё равно сломает шею под тяжестью веса туловища, когда оно уже выйдет, а голова - ещё нет. Однако и из этого положения есть выход: у новорожденного жирафа очень узкие бёдра задних ног, а шея достаточно длинная, так что голова проходит вдоль тела к бёдрам. Таким образом, сначала выходят задние ноги, новорожденный опирается на них, его голова при этом поддерживается бёдрами, а шея благодаря чрезвычайной гибкости остаётся при этом в целости.

Такое чудо становится возможным только при совокупности строго определённых особенностей строения и именно такой длине шеи. Через несколько минут новорожденный уже стоит в грациозной позе между ног матери. За четыре года, которые проходят от рождения до достижения зрелости, шея жирафа вырастает от одной шестой до одной трети общего роста животного. Благодаря этой особенности жираф быстро получает возможность наклоняться к воде, стоя на длинных ногах. В первый же год жизни юный жираф питается почти исключительно материнским молоком, а это не составляет труда.

С экологической точки зрения жираф идеально вписывается в окружающую среду. Быстрорастущие деревья создают слишком много тени и тем самым уничтожают траву, служащую пищей для других животных саванны, поэтому такие деревья необходимо "подстригать". Кроме того, травоядным животным нужен "часовой", который сумеет разглядеть в высокой траве бесшумно крадущихся хищников из семейства кошачьих. Жираф прекрасно подходит на эту роль не только из-за роста, но и благодаря отличному зрению и особенностям поведения. Предупредив других зверей об угрозе несколькими взмахами хвоста, он бесстрашно выходит навстречу опасности. Огромный рост, прочная шкура, смертоносная сила удара задних копыт и стремительная походка делают взрослого жирафа весьма непривлекательной добычей для любого хищника.

Столетиями людей мучает вопрос: как жирафы обзавелись длинной шеей? Ученые готовы частично на него ответить: вытянутая шея досталась этим животным от их предков, обитавших на планете 16 миллионов лет тому назад.

В ходе исследований ученые рассмотрели шейные позвонки 71 животного, включая современного , его родственников и древних сородичей. Обнаружилось, что два вида: Prodremotherium elongatum (предок современных жирафов, существовавший 25 миллионов лет назад) и Canthumeryx sirtensis (тоже жираф, обитавший на Земле около 16 миллионов лет назад), обладали вытянутыми шеями.

Ученые выяснили — откуда у жирафов длинная шея?

Подобное исследование является одним из первых, когда сравниваются шеи жирафов, их родственников и предков, чтобы увидеть, как изменилось строение животных с течением времени.

«Нам было очень любопытно докопаться до истины: от кого, и как жирафам досталась длинная шея, ведь известно, что их предки не владели подобной чертой,» — говорит старший научный сотрудник исследования, Никос Солониас, профессор анатомии технического университета в Нью-Йорке. Работа включает в себя образцы 11 видов животных, 9 из которых - вымершие, и 2 существующие - жираф и окапи.

Ученые сосредоточились на третьем шейном позвонке каждого вида и сравнили образцы нынешних животных с их предками. У людей, как и у жирафов, семь шейных позвонков, но в отличие от нас, у первых они значительно больше (25,4 сантиметра в длину).

После Canthumeryx – предка, который жил 16 миллионов лет назад, генеалогическое древо разделилось на две ветви. Исследователи обнаружили, что на одной ветке четырем видам передались короткие шеи, и такая тенденция сохранялась у них в течение долгого времени. со своей короткой шеей находится на данной стороне родословной.

На другой ветке рассматриваемого генеалогического древа представлены виды, которым досталась вытянутая шея. Переломный момент случился около 7 миллионов лет назад, когда передняя сторона каждого позвонка начала увеличиваться в длину, способствуя удлинению шеи таких видов, как Samotherium major, являющегося членом современного семейства жирафов. Затем, 1 миллион лет назад, уже у другого вида, прослеживается тенденция к удлинению задней части каждого шейного позвонка, что также спровоцировало увеличение длины шеи нынешних жирафов.

Другими словами, исследование останков древних предков семейства Giraffidae дало ученым понять, что вытянутая шея развивалась миллионы лет непропорционально, сначала вытягивалась передняя часть позвонка, потом задняя. Теперь ученые знают, что шея жирафа эволюционировала до такого состояния, которое мы наблюдаем сегодня, на протяжении, по крайней мере, 16 миллионов лет.