Mišići grkljana slepog miša brže proizvode zvuk nego što vi možete trepnuti

Ovde imam dve zanimljive stvari.

1)      Ovo Bat Man ne može.

2)      Svi znaju kako TO radi, ali se niko do sada nije pozabavio time i zaista video pravu mehaniku koja stoji iza ovog fenomena.

Dakle, super heroj (koji, usput budi rečeno, to nije, jer nema super moći nego se koristi vrlo skupim tehnološkim igračkama) ne može se podičiti onim što ovi mali sisari mogu.

Myotis daubentonii - Maleni slepi miš sa njabržim mišićima u celom Meksiku i šire. 😉 Izvor: Lasse Jakobsen & Coen Elemans

Idemo redom. Nisu mnogo lepi, uglavnom se kreću u periodu od sumraka do svitanja, ako se slučajno nađu na zemlji, lako mogu stradati od većih grabljivica i vrlo su smešni dok se kreću. Međutim, međ’ braćom sisarima, oni su jedini koji mogu da lete (i to odlično), a ispostavilo se da poseduju suludu brzinu kontrakcije mišića grkljana. Dok šišmiš leti u potrazi za plenom, oni ispuštaju zvuk ubrzanim ritmom. Postepeno, ta učestanost raste i može dostići 160-190 zvukova (kratkih zvučnih impulsa) u sekundi. Ovo je moguće zahvaljujući mišićima grkljana koji mogu kontrahovati i do 200 puta u sekundi, tvrde istraživači.

Tokom samog procesa lova, ovi sisari počinju ispitivanje terena sa manjim učestanostima ispuštanja zvuka, a što si bliži plenu to je frekvenca veća da bi na kraju ceo proces kulminirao terminalnim brujanjem (terminal buzz) . Koen Elemans i Džon Ratklif (Coen Elemans, John Ratcliffe) sa univerziteta u Danskoj (University of Southern Denmark) su se pozabavili genezom ovog brujanja u svojoj skorašnjoj studiji. Sem toga, hteli su utvrditi da li je brzina učestanosti brijanja funkcija brzine prijema povratnog signala, koji dolazi od plena, ili je to samo zato što imaju fizičko ograničenje grkljanskog aparata pri proizvodnji zvuka.

Slepi miš na osnovu vremena odbijanja zvuka koji sam proizvodi i njegove promene posle odbitka od mete, ima vrlo preciznu predstavu o poziciji mete (plena). Što se više približava svojoj meti, ovaj sisar ubrzava ritam zvukova i tako, samo na osnovu zvuka, on vrlo precizno prati svoju žrtvu, sve dok je ne uhvati.

Da bi otkrili zamišljeno, naučnici su u izolovanu sobu postavili 12 mikrofona i snimili su aktivnosti i kretanje 5 slobodno letećih šišmiša (vrsta: Myotis daubentonii). Možete ih naći bilo gde na severnoj hemisferi od Britanije, pa sve do Japana, ako krenete na istok.

„Leteći miševi“ su lovili larve moljca koje su visile svuda po prostoriji. Brzina proizvodnje zvuka je bila toliko velika da si istraživači odmah shvatili da se za njihovu proizvodnju ne mogu koristiti obični mišići za pokretanje kostura (kod čoveka bi to bio,na primer, biceps).

Zatim, zakačili su mišiće sa grkljana slepog miša na motor, i stimulisali ih na kontrahovanje. Istraživači su posmatrali da su mišići bili u stanju da kontrahuju do frekvenci od 180 HZ, a u jednom slučaju i do 200 Hz.

Sem toga, primećeno je da se povratni eho jednog signala (zvuka) završavao (dolazio do same životinje nazad) pre nego što je novi zvuk pušten. Zbog toga se ne može desiti da se ovaj leteći sisar zbuni  prilikom prijema sopstvenih signala. Pokazalo se da ove životinje mogu proizvesti, teoretski, zvučne signale (brujanja) i sa većim frekvencijama nego 200Hz – mogu dostići učestanost i do 400 Hz, pere nego što interferenca (preklapanje i mašanje zvučnih signala) postane problem. Postavlja se pitanje, pa zašto to i ne praktikuju? Razlog: ovi super brzi mišići su jedini toliko brzi. Tehnički rečeno,  šišmiš bi morao da unapredi još neke delove svog navigacionog aparata, da bi imao koristi od frekvencija koje prevazilaze utvrđeno granicu od 200 Hz.

Ova slika pokazuje vazušne sposobnosti slepog miša tokom lova. Izvor: Lasse Jakobsen & Coen Elemans

Andriju Mid (Andrew Mead), diplomac na biološkom fakultetu u Pensilvanijskoj školi umetnosti i nauke (University of Pennsylvania’s School of Arts and Science) kaže da se rad mišića može porediti sa radom motora kod automobila: „Motor može biti naštimovan da radi efikasnije ili da bude moćniji, ali to zavisi od toga šta želite uraditi sa njim.“

Konkretno, kod šišmiša, oni namerno gube na snazi da bi dobili vrlo brze oscilacije. „Na isti način, kao kada bi ste vi namestili mehanički motor da ima veliki broj obrtaja u minuti.“

Mišići grkljana, kod slepog miša, 20 puta brže kontrahuju nego najbrži mišići oka kod čoveka, i oko 100 puta brže nego tipičan mišić kostura, tvrde istraživači.

Ranije se mislio da ovako lucidno brze mišiće imaju samo neke vrsta zmija (zvečarke – za proizvodnju zvuka) i neke vrste riba. Elemans ih je našao i kod nekih ptica pevačica, a sada ih je pronašao i kod sisara. Sve je jasnije da su ovi specijalni mišići mnogo češći u životinjskom svetu nego što se to, pre, mislilo.

Rad o ovom fenomenu je objavljen u časopisu Science.

Lični zaključak: Ako imate neki uređaj koji radi u nekom opsegu vrednosti, njegovo optimalno korišćenje je uvek u sredini tog opsega, nikada na krajevima. Pri datim srednjim vrednostima sistem se „oseća“ dobro, dugo može raditi i minimalna je šansa da se desi neki kvar ili povreda. Opet, u životinjskom svetu ima primera prilagođenosti gde se namerno forsira ekstremna situacija da bi se postigao željeni rezultat. Neverovatna gepardova brzina je tipičan primer za to.

I am just saying…

Transplantacija grkljana bez upotrebe imunosupresora

Početkom ove godine objavljena je vest o drugoj po redu uspešnoj transplataciji grkljana u istoriji. Međutim, primalac, Brenda Jensen, je bila u mogućnosti da prihvati novi organ, jer je već bila pod dejstvom sredstava koja sprečavaju da njen imuni sistem odbaci novi grkljan. Lekari su iskoristili priliku, jer je ona ta sredstva koristila zbog već obavljene transplantacije bubrega i pankreasa.

Paolo Macchiarini sa Karolinska Instituta u Štokholmu, Švedska, i njegove kolege iz Italije su razvile posebnu tehniku. Njihov cilj je da primalac prihvati grkljan davaoca kao da je to njegov deo tela, bez primene sredstava koji bi sputavali imuni sistem, koji je glavni razlog odbacivanja transplantiranih organa. To ne bi bila neka vest da je sve ostalo na nameri – upravo su objavili da su uspešno obavili prvu parcijalnu transplantaciju.

Da bi transplantacija bila uspešna i da bi korisnik organa imao neke vajde, prinuđen je da koristi, tako zvane, imunosupresore, lekove koji ne dozovoljavaju imunom sistemu da odbace implementirani organ. Gore od toga je činjenica da je pacijent prinuđen da uzima te lekove ceo život, a najgore je da ta „terapija“ može da skrati životni vek čoveka i do 10 godina. Ovakve posledice je teško opravdati kod transplantacije grkljana, jer on nije neophodan za preživljavanje pacijenta, tvrdi Peter Belafsky pri kalifornijskom univerzitetu, lekar, koji je operisao Jensen. Ovde pričamo o delu dela koji je primarno zadužen za govor.

Zbog toga Macchiarini nudi tehniku koja je malo drugačija, ustvari, pokušava da reši problem potencijalnog odbacivanja organa. On predlaže da se sa grkljana skinu DNK i tkivo donatara, pre nego što se „poseju“ matične ćelije primoaca organa. Matične ćelije bivaju uzete iz koštane srži primaoca.  Naučnici su patentirali ovu bioinženjersku tehniku prilikom transplantacije dušnika koji je prethodno napravljen od matičnih ćelija samog pacijenta.

„Međutim, grkljan je komplikovaniji od dušnika“, ističe Macchiarini. Da bi utvrdili da li će njihova tehnika raditi, tražili su, i dobili, odobrenje da skinu grkljane sa pet leševa. Izvučene organe su tretirali enzimima i deterdžentima, da bi otklonili sve ćelije donora. Testovi su pokazali da je ostalo samo 0,001% starog materijala (DNK), što je trebalo da bude dovoljno da se transplantacija izvrši bez rizika odbacivanja.

Grkljan se sastoji od dva tipa hrskavice: elastične i hijalinske – svaka sa svojim specifičnostima. Odstranjeni grkljani su pokazivali slične mehaničke osobine kao i oni normalni, tako da se očekivalo da će služiti svrsi i kada se jednom obavi njihova transplantacija.

Dodatno, istraživači su pokazali da je moguće obnoviti krvne sudove oko grkljana što poboljšava proces integracije organa unutar tela posle transplantacije. (Biomaterials, DOI:10.1016/j.biomaterials.2011.02.055)

U radu, koji tek treba da se objavi, naučnici objašnjavaju kako su transplantirali krikoidu (hrskavica oko traheje, dušnika) prilikom operacije. Taj, donji deo grkljana je jednostavniji i pruža strukturnu stabilnost celom kompleksu. Skoro, da je suvišno reći, da su i za ovaj proces koristili matične ćelije primaoca budućeg organa.

Bez obzira na činjenicu, da su istraživaći još uvek na tragu potpune transplantacije grkljana koji je ceo nastao bioinženjeringom, Belafsky je impresioniran: “Ovo je svetlosnim godinama ispred bilo čega što ostali rade u svetu, na ovom polju”.