|
Många djur kan hoppa högt. Här ska jag berätta om några av de bästa höjdhopparna bland landdjuren och, om möjligt, komma fram till vilket djur som hoppar högst. Men först ska jag förklara varför små djur, som loppor och gräshoppor, kan hoppa så högt. Det inofficiella världsrekordet i stående höjdhopp för människor är 190 cm, satt av svensken Rune Almén år 1980, obetydligt högre än cirka 180 cm, vilket är medellängden för män i Sverige. En loppa kan i stående höjdhopp hoppa cirka 80 gånger högre än sin egen kroppslängd på cirka 2-3 mm.
Varför kan insekter hoppa så högt?
Här är några siffror som visar hur högt några hoppande djur kan hoppa. Det handlar om stående höjdhopp, det vill säga hopp utan ansats, så världsrekordet i höjdhopp på 245 cm kommer inte med.
- En loppa hoppar ca 20 cm
- En knäpparskalbagge hoppar ca 30 cm
- En gräshoppa hoppar ca 60 cm
- En människa hoppar ca 60 cm
Varför hoppar människan bara 60 cm? En specialtränad människa kan hoppa cirka 160 cm i stående höjd, men här handlar det om att förflytta kroppens tyngdpunkt. Vår höjdhoppare har långa ben, så hans tyngdpunkt är cirka 100 cm över marken. Han förflyttar således tyngdpunkten 160 - 100 = 60 cm. Därför hoppar han bara cirka 60 cm. Skillnaderna i hopphöjd mellan de olika djuren är väldigt liten, trots att djuren skiljer sig mycket åt i storlek. Loppan väger cirka 0,5 milligram (mindre än en tusendels gram), skalbaggen cirka 40 milligram (fyra hundradelar av ett gram), gräshoppan cirka 3 gram och människan cirka 70 kg. Människan är 140 miljoner gånger tyngre än loppan och 23 000 gånger tyngre än gräshoppan. Ändå hoppar människan bara ungefär tre gånger högre än loppan och lika högt som gräshoppan. Hur är detta möjligt? Texten fortsätter under bilden.
 |
Den amerikanska gräshoppan Schistocerca americana. I benets lår (femur) ser man att korta muskelavsnitt är anordnade som strålarna i en fågelfjäder. De fäster dels på lårets yttre skelett, dels på ett längsgående så kallad apodem, som motsvarar en sena. Sådana muskler kallas pennata. De utvecklar en mycket större kraft än vanliga muskler, men de kan inte förkorta sig lika mycket. Lårens pennata muskler ger en stor kraft när insekten hoppar. De kan ändå, tack vare en hävstångseffekt, ge upphov till en rörelse med stort utslag i det mycket långa och smala underbenets (tibia) nedre ände. Lårmusklerna spänns först kraftigt utan att benet rör sig. Muskeln fungerar sedan som en spänd fjäder. Rörelsen utlöses av en avtryckarmekanism. Fördelen med denna mekanism är att rörelsen kan utföras snabbare än sammandragning av musklerna.
Den intresserade kan läsa om hur pennata muskler fungerar på en annan sida och om hävstångseffekter längre ner på denna sida. Läs också om de fruktade vandringsgräshopporna inom släktet Schistocerca i bildtexten på en annan sida. Courtesy of Tom Friedel from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. |
|
De tre ovan nämnda insekterna är i och för sig speciellt anpassade till att hoppa. Men den lilla skillnaden gentemot människan är ändå märklig. Förenklat kan man anta, att alla djuren har en likadan kroppsbyggnad. Med hjälp av fysik kan då man visa följande. Ett litet djur kan utveckla en större kraft per gram kroppsvikt än ett stort. Den intresserade kan läsa en förklaring till detta i faktarutan nedan. Annorlunda uttryckt så är 23 000 gräshoppor tillsammans mycket starkare än en människa, trots att de tillsammans väger lika mycket som människan. Men en hoppande människa har en mycket längre accelerationssträcka innan avstampet än en hoppande gräshoppa. Därför får människan och gräshoppan ungefär samma utgångshastighet, när de lyfter från marken. Detta gör att de grovt räknat hoppar lika högt. Accelerationssträckan är här den sträcka som den stående hopparens tyngdpunkt rör sig uppåt sig från en hukande ställning tills dess att han lämnar marken. Kom i håg att det handlar om stående höjdhopp utan ansats. Texten fortsätter under faktarutan.
 |
Varför är små djur starkare än stora?
För den intresserade förklaras här utförligt sambandet mellan yta/volym-förhållande och kroppstorlek hos djur. Den lilla kuben i bilden ovan motsvarar ett litet djur, den stora ett stort. Den stora kuben består av åtta små kuber. Det lilla djurets volym, och därmed ungefärligen dess kroppsvikt, är således åtta gånger mindre än det stora djurets. En av den lilla kubens ytor är fyra gånger mindre än en av den storas ytor. Alltså är den lilla kubens totala yta fyra gånger mindre än den storas. Det lilla djurets yta är således bara fyra gånger mindre än det storas. Detta gäller inte bara kroppsytan, utan också alla andra ytor i kroppen, som musklernas tvärsnittsytor. Om en muskels tvärsnittsyta är större kommer fler muskelceller att arbeta parallellt med varandra och dra i dess sena. Därmed utvecklar muskeln en större kraft. Ju fler gubbar (muskelcellerna) som drar i samma rep (senan), ju större kraft utvecklar de. Det lilla djuret väger således åtta gånger mindre än det stora, men har bara fyra gånger mindre tvärsnittsytor i sina muskler. Små djur är således starkare än stora i förhållande till sin kroppsvikt. Detta är förklaringen till att myror och andra insekter lätt kan bära bördor, som väger mer än de själva. Det ger också små djur en stor fördel när de hoppar, vilket diskuterades i texten ovan. Resonemanget ovan är en tillämpning av en geometrisk sats formulerad redan av den gamle greken Euklides: volymskalan är lika med längdskalan i kubik och ytskalan är längdskalan i kvadrat.
Läs om myrors och noshornsbaggars styrka på en annan sida. |
|
Hoppande insekter fungerar som armborst
Höga hopp och övriga mycket snabba rörelser hos insekter och andra leddjur utförs vanligen inte direkt genom att muskler drar ihop sig. Muskelkontraktioner är faktiskt för långsamma. I stället spänns elastiska strukturer som fungerar som gummiband. Dessa strukturer låses sedan i spänt läge. Rörelsen utlöses av en avtryckarmekanism, som leder till att de elastiska strukturerna mycket snabbt förkortas och påverkar ben eller andra kroppsdelar. Insekterna fungerar alltså som slangbågar eller, med en bättre liknelse, armborst. De elastiska strukturerna kan vara delar av det yttre skelettet (kutikulan), senliknande bildningar eller musklerna själva. Ofta innehåller de det mycket elastiska proteinet resilin, som har bättre elastiska egenskaper än gummi. Läs om hur knäpparskalbaggar och loppor hoppar på en annan sida och om hur gräshoppor och hoppstjärtar hoppar i bildtexterna högre upp och längre ned på denna sida. Texten fortsätter under bilden.
 |
Spottstriten Philaenus spumarius, som kan utföra höjdhopp på 70 cm eller 115 kroppslängder. Så kallat grodspott på växter är skum, som spottstritar tillverkar genom att pumpa luft från trakéerna in i sin flytande avföring. Skummet omger och skyddar stritens larv. Larven bor inuti skummet, där den suger näringsrik vätska från växten. Läs mer i texten nedan. Courtesy off Tony Wills, from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International Licence. |
|
Till dessa eminenta hoppare kan vi lägga den cirka 6 mm långa spottstriten Philaenus spumarius, som kan utföra höjdhopp på 70 cm eller 115 kroppslängder med hjälp av bakbenen. Den accelererar så snabbt att den utsätts för en G-kraft, som är mer än 500 gånger större än tyngdkraften. En erfaren pilot utan skyddande så kallad G-dräkt kan klara 7 G, men bara under en mycket kort period. Sedan drabbas han av medvetslöshet. Läs mer om G-krafter i artikeln "Varför kan vi svimma när vi står upp? Hur påverkar tyngdkraft och g-krafter ormar och astronauter?" . Texten fortsätter under bilderna.
 |
 |
En annorlunda hoppare, hoppstjärten Entomobrya corticalis. De vinglösa hoppstjärtarna (gruppen Collembola) räknades förr till insekterna, nu som en systergrupp till dem. Eventuellt är hoppstjärtarna inte alls närmare släkt med insekterna. De är små djur, cirka 0,4-12 mm långa. Överst ser vi ryggsidan, de sex benen och antennerna, men inga vingar. Nederst ser vi buksidan med hoppstjärtarnas märkligaste kroppsdel, hoppgaffeln (furcula). Hoppgaffeln är ett långt gaffelgrenat utskott från bakänden. I vila ligger den i en fåra på buksidan. Hoppstjärtarna hoppar genom att sprätta ut hoppgaffeln. Vissa arter uppges kunna göra höjdhopp på upp till 7-10 cm. De kan inte styra hoppet, utan tumlar runt i luften. Hoppmekanismen är inte helt utredd. Hoppet sker dock troligen genom att spända elastiska plåtar i det yttre skelettet (kutikulan) ändrar form, då de aktiveras av en avtryckarmekanism.
De flesta hoppstjärtsarter lever undanskymt nere i jorden. De flesta människor har aldrig sett dem. Men ser man till individantalet är de en av de allra vanligaste djurgrupperna i världen. Det kan finnas upptill 100 000 individer under en kvadratmeters jordyta. Courtesy of Miroslav Deml, from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. |
|
Hoppande däggdjur
Människan är inte speciellt väl anpassad till höjdhopp. Det finns många däggdjur som är anpassade till att hoppa och som kan hoppa betydligt högre än människan både i stående höjdhopp och i hopp med ansats. Ett sådant djur är dvärggalagon (Galago senegalensis) som kan hoppa mycket högt i stående höjdhopp. Galagoerna är halvapor. Det finns flera galagoarter som lever i träden i den afrikanska skogen. En dvärggalago som väger cirka 250 gram kan hoppa cirka 225 cm i stående höjdhopp. Den slår både loppan och människan med bred marginal. Texten fortsätter under videon.
|
På den här amatörfilmen från Botswana ser vi några galagoer (familjen Galagidae) käka äpplen. Dessemellan gör de imponerande hopp. Det går inte att avgöra vilken galagoart det rör sig om eller hur högt de hoppar. From YouTube, courtesy of barncat22. |
|
En sådan galago skulle ha platsat i OS i höjdhopp och detta utan att utnyttja ansatsbanan. Observera dock att både människor och galagoer hoppar med båda benen vid stående höjdhopp, medan en olympisk höjdhoppare som använder ansats bara får hoppa med ett ben. Med nuvarande höjdhoppsregler hade galagon således blivit diskad på OS. Å andra sidan gynnas de mänskliga höjdhopparna på ett otillbörligt sätt genom att deras tyngdpunkt ligger åtminstone en meter över galagons. Ofta lyfter de dessutom inte sin tyngdpunkt över ribban, även om de klarar höjden. De böjer ju kroppen, så att överkroppen och underbenen ligger under ribban, då de når hoppets högsta punkt. Detta kan leda till att kroppens tyngdpunkt ligger nedanför kroppen och passerar under ribban.
Varför är dvärggalagoerna så bra på att hoppa? Den viktigaste orsaken är att de har hoppmuskler som upptar cirka 10 procent av kroppsvikten. Viktigt är också att de har långa bakben, som genom en extra stor hävstångseffekt kan ge dem hög utgångshastighet vid hoppet. För den intresserade förklaras hävstångseffekten i faktarutan nedan. Även de andra medlemmarna av familjen Galagidae är utomordentliga höjdhoppare. De är också bra längdhoppare och påstås kunna prestera hopplängder på upp emot 12 meter. Galagoerna finns i Afrika. Texten fortsätter under faktarutan.
 |
Hur hävstångsmekanismer påverkar djurs rörelser
För den intresserade förklaras här utförligt hävstångseffekters betydelse för djurs rörelser. I den schematiska bilden ovan ser vi två skelettben sammanbundna med en led. Leden har en rotationsaxel vinkelrät mot bildens plan. Det övre skelettbenet kan till exempel jämföras med underbenet på en känguru, det nedre med samma kängurus långa fot. När muskeln drar ihop sig och höjer hälen, förs fotens främre del nedåt. Detta sker när djuret hoppar. Det nedre skelettbenet fungerar som en hävstång. Dess vänstra del (A) är kort, dess högra del (B) är lång. Om den sammandragande muskeln uvecklar en stor uppåtriktad kraft på vänsterdelens ände, kommer den nedåtriktade kraft som utvecklas mot underlaget av den högerdelens ände bli betydligt mindre (röda pilar). Men det som man förlorar i kraft vinner man i väg och hastighet. Högerdelens ände kommer att röra sig en längre sträcka (gröna pilar) och med större hastighet (blå pilar).
Sådana hävstångsmekanismer i skelettet utnyttjas av djur, som springer snabbt och hoppar högt. Det är därför som sådana djur har långa ben. Fördelen med hävstängerna är att de ger en snabb rörelse med stort utslag. Nackdelen med dem är att kraften blir mindre. Detta kompenseras av dessa djur genom att de har extra starka muskler med stor tvärsnittsyta (se bilden högre upp på sidan). Det senare gäller i synnerhet hoppande djur, som inte bara måste ta sig framåt, utan också uppåt och övervinna tyngdkraften.
För den matematiskt intresserade kan vi beskriva förloppet med hävstångslagen: LA x FA = LB x FB. LA (cm) är delen A:s längd, LB (cm) delen B:s. FA (N) är den kraft muskeln utvecklar på A, FB (N) den kraft B:s ände utvecklar mot underlaget. |
|
De sydostasiatiska spökdjuren (släktet Tarsius) är också mycket bra hoppare. Spökdjuren har extremt långa ben och hoppmuskler som upptar en mycket stor andel av kroppsvikten. De utgör en särskild grupp bland primaterna, jämte halvapor och apor. En spökdjursart uppges göra mer än 5 meter långa och upptill 1,5 meter höga hopp, trots att den bara väger 80-160 gram. Läs mer om spökdjuren på en annan sida.
Precis som insekter, utnyttjar däggdjur elastiska delar i rörelseapparaten, när de hoppar och även när de springer. Vid fotens nedslag på underlaget sträcks dessa elastiska delar som gummiband och lagrar elastisk lägesenergi. Vid avstampet omvandlas lägesenrgin till rörelseenergi som, jämte muskelsammandragningar, bidrar till att lyfta djuret från underlaget och föra det framåt. De elastiska delarna kan vara senor, bindvävsskikt och till och med muskler. Löparskor med elastiska sulor och löparbanors underlag har liknande effekter. Rörelser med avtryckarmekanismer, som hos insekter, finns dock inte hos däggdjur.
Det finns fler däggdjur som kan hoppa högt, men det är svårt att hitta säkra uppgifter. Det finns uppgifter om att vissa små antiloper kan göra höjdhopp på 2-3 meter, oklart om det är med eller utan ansats. Notera dock att de, med sina långa ben, har en tyngdpunkt som ligger högt över marken. Jättekängurur uppges enligt osäkra uppgifter kunna göra höjdhopp på 1,8-3 meter (olika källor), förmodligen med ansats. Fältharen (Lepus europaeus) uppges enligt en äldre osäker uppgift kunna göra höjdhopp på 4,5 meter och den vitsvansade åsneharen (Lepus townsendii) höjdhopp på otroliga 6,4 m, även här osäkert om det är med eller utan ansats. Enligt en annan osäker uppgift kan pumor (Puma concolor) göra höjdhopp på 5,5 m. Det måste betraktas som oklart vilket djur som innehar höjdhoppsrekordet bland däggdjuren. Man får dock intrycket att det är få, om några, däggdjur som kan hoppa högre än 3 m.
Referenser
Anonymous: Red Kangaroo (Zoos Victoria, retrieved 19 September 2016).
Anonymous: Red Kangaroo, Macropus rufus (National Geographic Society, retrieved 19 September 2016).
Anonymous: Western Tarsier (Tarsius bancanus) (Sarawak National Park, retrieved 19 September 2016).
J. Brackenbury and H. Hunt: Jumping in springtails: mechanism and dynamics (Journal of Zoology 229:217-236, 1993).
M. Burrows: Jumping performance of froghopper insects (Journal of Experimental Biology 209:4607-4621, 2006).
M.-C. Cadiergues et al.: A comparison of jump performances of the dog flea, Ctenocephalides canis (Curtis, 1826) and the cat flea, Ctenocephalides felis felis (Bouché, 1835) (Veterinary Parasitology 92:239–241, 2000).
R. H. Crompton and W. I. Sellers: A consideration of leaping locomotion as a means of predator avoidance in prosimian primates (In: Primate anti-predator strategies, (K.
A. I. Nekaris and S. L. Gursky, ed., pp. 127-145, 2007, Springer, New York).
P. Crona: Rekorden som inte är (Göteborgs Friidrottsförbund, hämtad de 19 september 2016).
E. Davies: The greatest jumper on Earth is probably not a flea (BBC Earth, updated 26 August 2016).
T. Dewey: Macropus rufus, red kangaroo (Animal Diversity Web, retrieved 15 September 2016).
E. C. B. Hall-Craggs: An analysis of the jump of the lesser galago (Galago senegalensis) (Journal of Zoology 147:20-29, 1965).
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).
K. Schmidt-Nielsen: Animal physiology (5th ed., Cambridge University Press, 1997).
S. Sudo et al.: Observations on the springtail leaping organ and jumping mechanism worked by a spring (Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms 3:92-96, 2013).
S. Sudo et al.: The kinematics of jumping of globular springtail (Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms 3:85-91, 2013).
G. P. Sutton and M. Burrows: Biomechanics of jumping in the flea (Journal of Experimental Biology 214:836-847, 2011).
B. Wyrick and J. R. Brown: Acceleration in aviation: G-force (Federal Aviation Administration, retrieved 19 September 2016).
Till början på sidan
Till "Djurfakta"
|
