जब हम सांपों के बारे में सोचते हैं, तो हम अक्सर उनके प्रतिष्ठित स्लिथरिंग, सुंदर, लहर जैसी गति की तस्वीर लेते हैं-एक जैविक चमत्कार जो घर्षण को धता बताता है और दशकों से जूलॉजिस्ट को मोहित कर दिया है। यह एकमात्र कदम नहीं है जो इन लम्बी, लिम्बलेस जीवों में महारत हासिल है। वे पेड़ों पर चढ़ने, हवा के माध्यम से ग्लाइड करने के लिए भी जाने जाते हैं, और अन्य लोगों के बीच रेक्टिलिनियर मोशन, आवधिक अनचाहे, और फुटपाथ जैसी आंदोलन रणनीतियों की एक श्रृंखला का उपयोग करके असमान इलाके को नेविगेट करते हैं।
पीले एनाकोंडास द्वारा एक अजीबोगरीब और पहले से अप्रभावित पैंतरेबाज़ी ने अब भौतिकविदों के ध्यान में अपना रास्ता बना लिया है-एक क्षणिक, गैर-प्लानर आंदोलन युवा सांपों को धमकी देने पर तेजी से आगे बढ़ने के लिए अपनाते हैं।
इस गति के शुरुआती बिंदु को ‘एस-स्टार्ट’ में डब किया गया है एक हालिया अध्ययन IIT-BOMBAY और हार्वर्ड विश्वविद्यालय में शोधकर्ताओं के नेतृत्व में, और प्रकाशित किया गया प्रकृति भौतिकी।
एक बायोफिज़िकल मॉडल की मदद से जो सांप को एक सक्रिय, लोचदार रॉड के रूप में मानता था, शोधकर्ताओं ने अंतर्निहित यांत्रिक बाधाओं और मांसपेशियों के टोक़ पैटर्न को मैप करने के लिए आवश्यक मैपिंग की। उन्होंने पाया कि लोकोमोशन का यह रूप सांपों के आकार पर निर्भर था, क्योंकि केवल बच्चे और किशोर एनाकोंडास ने इसे प्रदर्शित किया था।
आईआईटी बॉम्बे में भौतिकी विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर रघुनाथ चेलकोट और अध्ययन के कोआथोर ने कहा कि गति के इस रूप का उपयोग मुख्य रूप से एक भागने की प्रतिक्रिया के रूप में किया जाता है, जहां सांप ऊर्जा के संरक्षण के बजाय गति के लिए अनुकूलन करने की कोशिश करते हैं। ठेठ, प्रसिद्ध प्लानर मोशन के विपरीत, जहां सांप जमीन के साथ एक लहर की तरह पैटर्न में चलते हैं, इस नए देखे गए आंदोलन में युवा सांप शामिल हैं जो अपने शरीर को विमान के अंदर और बाहर झुकते हैं और आंशिक रूप से उन्हें विमान से बाहर निकालते हैं।
चलती सांपों की बायोफिज़िक्स
अपने शरीर को आगे या पीछे के लिए आगे बढ़ाने के लिए कोई हथियार, पैर, पंख या पंख नहीं होने के बावजूद, सांप बस ठीक हो जाते हैं, जिससे उन्हें लिम्ब्लेस लोकोमोशन में एक उत्कृष्ट केस स्टडी बन जाती है। यह आंदोलन आसानी से नहीं आता है, हालांकि, क्योंकि इसके लिए आंतरिक और बाहरी संरचनाओं की आवश्यकता होती है।
एक सांप का लंबा, पतला शरीर एक लचीली रीढ़ के चारों ओर बनाया गया है जो सैकड़ों तेजी से घुमावदार पसलियों से बना है जो इसकी पूरी लंबाई को चला रहा है। इन पसलियों से जुड़ी मांसपेशियां मोड़ती हैं और सांप को आगे बढ़ाने के लिए मुड़ती हैं।
त्वचा लचीली, केराटिन-आधारित तराजू में कवर की जाती है। अंडरसाइड पर, चौड़े पेट के तराजू पकड़ प्रदान करते हैं जबकि छोटे, अधिक विविध बैक स्केल सांप को अलग -अलग सतहों पर बिना फिसलने में आसानी से स्थानांतरित करने में मदद करते हैं। अनुसंधान सुझाव दिया है कि एक सांप की स्थानांतरित करने की क्षमता, विशेष रूप से सपाट जमीन पर, अपने तराजू द्वारा बनाए गए दिशात्मक घर्षण पर बहुत अधिक निर्भर करती है।
आंतरिक और बाहरी प्रणालियां विभिन्न प्रकार के अलग -अलग लोकोमोशन स्टाइल को सक्षम करती हैं: पार्श्व अनिर्दिष्ट, जहां शरीर की लहरें पक्ष में यात्रा करती हैं; रेक्टिलिनियर मोशन, जिसमें पेट के साथ मांसपेशियों के विस्तार और संकुचन को शामिल करना शामिल है; कॉन्सर्टिना लोकोमोशन, जहां शरीर एक समझौते की तरह मोड़ता है; और साइडविंडिंग, एक आउट-ऑफ-प्लेन गैट जहां सांप अपने शरीर के वर्गों को रोलिंग, पेचदार घटता बनाने के लिए उठाता है।
लेकिन आउट-ऑफ-ऑफ-प्लेन साइडविंडिंग के विपरीत, जो कि सिर से पूंछ तक यात्रा करने वाली एक स्थिर गति है, न्यूफ़ाउंड एस-स्टार्ट गैट अस्थिर और स्पंदित है। यह मांसपेशियों के बल के फटने के साथ शुरू होता है जो शरीर को नीचे ले जाता है और फिर प्रचार करने के बजाय रुक जाता है।
इस अप्रत्याशित गति ने दो सम्मोहक प्रश्नों को प्रेरित किया: वे इस प्रस्ताव को कैसे करने में सक्षम हैं? और यह व्यवहार केवल छोटे, किशोर एनाकोंडा में क्यों देखा जाता है और अन्य प्रजातियों या बड़े व्यक्तियों में नहीं? चेलकोट ने कहा कि उत्तर रोबोटिक्स या बायोमैकेनिक्स में उपयोगी अनुप्रयोग हो सकते हैं।
एस-स्टार्ट्स की भौतिकी
पहेली को उजागर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने यूएस में 10 नवजात शिशु, पांच किशोर, और दो वयस्क बंदी पीले पीले एनाकोंडास पर लोकोमोटर परीक्षण किए।
टीम ने एक बायोफिजिकल मॉडल भी विकसित किया, जिसने सांप को एक सपाट सतह पर एक लोचदार रॉड के रूप में माना। सांप के इस रॉड-जैसे प्रतिनिधित्व ने आवश्यक भौतिक लक्षणों पर कब्जा कर लिया-निष्क्रिय झुकने और मोड़ प्रतिरोध, गुरुत्वाकर्षण बल, और जमीन के साथ घर्षण बातचीत-शरीर के साथ लागू मांसपेशियों के टोर (घूर्णी बलों) के साथ।
गणितीय मॉडल का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक स्थानीय मस्कुलर टॉर्क ट्रिपल की उपस्थिति में एस-स्टार्ट को पुन: पेश किया, जहां दो इन-प्लेन घटकों ने एस-वक्र को आकार दिया और केंद्र संपर्क क्षेत्र में एक आउट-ऑफ-प्लेन टॉर्क ने जमीन के खिलाफ लोचदार रॉड को धक्का दिया।
वीडियो रिकॉर्डिंग ने आगे पुष्टि की कि गति का प्रदर्शन करने के लिए, साँप पहले एक एस-शेप बनाता है जो दो तेज वक्रों से जुड़े तीन सीधे वर्गों से बना है। घुमावदार भागों को तब जमीन से हटा दिया जाता है, जबकि बाहरी सीधे खंड आगे की ओर स्लाइड करते हैं, मध्य खंड के साथ स्थिर होते हैं। इससे घुमावदार क्षेत्रों को सांप के शरीर के साथ यात्रा करना पड़ा, जिससे वह आगे बढ़ गया।
केवल युवा एनाकोंडा
लोकोमोटर परीक्षणों के दौरान, शोधकर्ताओं ने देखा कि केवल नवजात शिशुओं और किशोरियों ने अद्वितीय चाल का प्रदर्शन किया, न कि वयस्कों को। मॉडल का उपयोग करके साँप के आंदोलन के संख्यात्मक सिमुलेशन ने संकेत दिया कि एस-स्टार्ट केवल एक निश्चित सीमा के भीतर अच्छी तरह से काम करता है जो शरीर के वजन और मांसपेशियों की टोक़ की एक निश्चित सीमा के भीतर है।
चूंकि गैट को सांप को दूसरों को नीचे दबाने के दौरान जमीन से शरीर के कुछ खंडों को उठाने की आवश्यकता होती है, इसलिए यह मांसपेशियों की ताकत और वजन के बीच एक टग-ऑफ-वार बनाता है।
उठाने के लिए, सांप को गुरुत्वाकर्षण को दूर करना होगा, जो कि वजन बढ़ने के साथ तेजी से मुश्किल हो जाता है। जैसे -जैसे सांप बढ़ते हैं, वे बड़े और भारी हो जाते हैं, लेकिन एक ही अनुपात में मजबूत नहीं होते हैं। अतिरिक्त वजन का थोक हड्डी से आता है, मांसपेशियों से नहीं, शरीर के वजन की प्रति यूनिट अपेक्षाकृत कम मांसपेशियों के साथ बड़े सांपों को छोड़कर। इस प्रकार, वयस्कों को एस-स्टार्ट के लिए महत्वपूर्ण-प्लेन उठाने के लिए आवश्यक शक्ति-से-वजन अनुपात की कमी होती है।
सांप लोकोमोशन के पीछे भौतिकी की जांच करके, शोधकर्ताओं ने खुद को विकास में जड़ों के साथ पैटर्न को उजागर किया। उन्होंने देखा कि, जब समय-समय पर लागू होता है, तो टॉर्क ट्रिपल ने प्रसिद्ध फुटपाथ गति का उत्पादन किया।
चेलकोट ने कहा, “यह इस संभावना पर संकेत देता है कि एस-स्टार्ट का उपयोग कई लिम्ब्लेस गेट्स के लिए एक बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में किया जाता है, जिसमें शरीर के साथ-साथ झुकना शामिल है।” “फुटपाथ के अलावा, एस-स्टार्ट ट्री-क्लाइम्बिंग सांपों में देखे गए ‘लासो मोशन’ में एक घटक प्रतीत होता है। ये सभी तथ्य गैर-प्लानर लिम्लेस गेट्स में एस-स्टार्ट की संभावित विकासवादी भूमिका पर संकेत देते हैं।”
सांप, गेट्स और रोबोट
शोधकर्ताओं ने विश्वास व्यक्त किया है कि कृत्रिम प्रणालियों में इस तरह की गति को पुन: पेश करने के लिए सटीक गणितीय उपाय प्रदान करके, ये अध्ययन तेजी लाने में मदद कर सकते हैं नरम रोबोटिक्स में नवाचारलिम्बलस लोकोमोशन की नकल करना। एक उदाहरण: साँप की तरह रोबोट जो बहुत संकीर्ण या सीमित स्थानों के माध्यम से नेविगेट कर सकते हैं।
ये निष्कर्ष जीवों की एक विस्तृत विविधता में लिम्ब्लेस लोकोमोशन की वैश्विक समझ में योगदान करते हैं, जिसमें न केवल सांप, बल्कि केंचुओं और इंचवर्म जैसे कीड़े भी शामिल हैं।
चेलकोट ने कहा कि बहुमुखी गतियों और आसन के साथ अत्यधिक जटिल जीवित जीवों का अध्ययन करने से मौजूदा लोचदार सिद्धांतों का विस्तार और चुनौती देने की संभावनाएं खुलती हैं।
चेलकोट ने कहा, “यह वैज्ञानिकों को आगे देखने के लिए धक्का देता है कि विभिन्न भौतिक चीजें क्या हैं जिन्हें हम सरल निकायों को समझने के लिए जैविक प्रणालियों जैसे अधिक जटिल निकायों को समझने के लिए अध्ययन कर सकते हैं।”
संजुक्ता मोंडल एक रसायनज्ञ-विज्ञान-लेखक हैं, जो लोकप्रिय विज्ञान लेखों और एसटीईएम YouTube चैनलों के लिए स्क्रिप्ट लिखने में अनुभव के साथ हैं।
