Głowa do góry? Niekoniecznie. Oto zwierzęta, które świetnie się mają w pozycji odwrotnej

W gromadzie ptaków za największych akrobatów uchodzą papugi. Podczas zabawy lub zdobywania pokarmu swobodnie zwisają, zaczepione o jakiś stabilny element jedynie dziobem lub jedną nogą. Nie jest zatem niczym nadzwyczajnym, że papuga, zamiast siedzieć na gałęzi, zwisa pod nią, obserwuje otoczenie i jedną wolną nogą lub dziobem rozłupuje orzech. Zwisogłówki – niewielkie papugi zamieszkujące tropikalną część Azji – to jedyne ptaki na świecie, które mogą spać w pozycji z głową do dołu. Ewolucjoniści uważają, że to wykształcone przez miliony lat zachowanie ma zminimalizować ryzyko ataku drapieżników. Zielona papuga w gęstwinie lasu tropikalnego jest dla nich niewidoczna, a gdy zwisa z gałęzi, wygląda jak jeden z liści.

Papugi te potrafią godzinami przebywać w odwróconej pozycji dzięki unikalnym adaptacjom biomechanicznym i neurologicznym. Silny mięsień sercowy oraz specjalne zastawki w naczyniach krwionośnych sprawiają, że krew nie spływa im do mózgu i nie wywołuje jego obrzęku. Mocne skurcze serca gwarantują silny przepływ krwi, a zastawki uniemożliwiają jej cofnięcie się w wyniku grawitacji. Jeśli chodzi o układ oddechowy, to zwisogłówki posiadają sztywne worki powietrzne, odporne na ucisk narządów wewnętrznych w momencie zmiany pozycji. Również płuca są niezmiernie wytrzymałe, gdyż umocowanie narządów bliżej osi brzusznej sprawia, że podczas zwisania nie naciskają one na organy oddechowe. Papugi charakteryzuje także silnie rozwinięty błędnik, którego działanie powoduje, że ptak dobrze orientuje się w przestrzeni. Zapobiega to zawrotom głowy i dezorientacji. Ciekawie u zwisogłówek prezentuje się także układ ruchu, a przede wszystkim nogi. Papugi mają dwa palce skierowane do przodu, a dwa do tyłu (zygodaktylia), co sprawia, że bez trudu obejmują gałąź. Silny zacisk palców gwarantowany jest przez pracę mięśni i ścięgien. W momencie, gdy papuga zwisa, ścięgna automatycznie się blokują do pozycji zamkniętej, a palce się zaciskają. Sam zacisk palców zatem nie wymaga wydatkowania dodatkowej energii, a papuga nie męczy się podczas snu.

Jeśli ptak chce zwolnić uścisk, musi odciążyć ścięgna. Trzepocze w tym celu skrzydłami i w końcu może odlecieć. W przypadku wypróżniania się papuga poprzez zmianę ułożenia ciała odciąża tylko jedną nogę, której palce się rozprostowują. Ptak wówczas lekko się wygina, kieruje ogon w stronę pleców i wydala ekskrementy, nie brudząc piór. Zwisogłówki żywią się głównie nektarem i słodkimi owocami, które zazwyczaj rosną na końcach długich i cienkich gałązek. Aby zdobyć pożywienie, ptak chwyta się wiotkiej gałęzi, która pod wpływem jego ciężaru opada. Wtedy zwisogłówka zmienia pozycję i skierowana głową do dołu raczy się nektarem lub słodkim owocem.

Jedynym naszym krajowym ptakiem żerującym z głową w dół jest kowalik. Jego pokarm stanowią głównie drobne zwierzęta (owady i ich larwy, pajęczaki) znajdowane w korze drzew. Większość ptaków penetrujących korę (pełzacze, dzięcioły) porusza się tylko z dołu do góry, opierając się na ogonie. Kowalik jednak porusza się jeszcze z góry do dołu. Dzięki temu dostrzega drobne zwierzęta niewidoczne dla innych ptaków. Kowalik ma cztery palce, z czego trzy skierowane są do przodu, a jeden do tyłu. Każdy z palców zakończony jest długim i sztywnym pazurem, co pozwala na bezpieczne zakotwiczenie się w korze. Poruszając się do dołu, kowalik wykonuje duże kroki, a pazur palca skierowanego do tyłu pełni funkcję głównej blokady, która uniemożliwia ześlizgnięcie się z drzewa. Ptak posiada także elastyczną strukturę stawów nóg – dzięki temu swobodnie obraca palce względem nierównej powierzchni pnia drzewa.

Ponieważ ciało kowalika jest krępe, a ogon krótki, środek ciężkości zwierzęcia znajduje się bardzo blisko pnia. Minimalizuje to siłę odciągającą i zapobiega spadaniu. Podobnie jak w przypadku zwisogłówek ptak ten ma wydajny układ krwionośny, który zapobiega zbyt dużemu napływowi krwi do mózgu. Również błędnik jest bardzo dobrze rozwinięty, co umożliwia ciągłe zmiany położenia ciała.

Ssaki z głową do dołu

Najbardziej znanymi ssakami, które większość życia spędzają do góry nogami, są nietoperze. W ich przypadku ewolucja postawiła na umiejętność czynnego lotu, zaniedbując przy tym trochę kończyny tylne. Słabe nogi nietoperzy pełnią w zasadzie tylko jedną ważną funkcję – mają gwarantować stabilne przytwierdzenie podczas zwisania głową w dół. Żaden nietoperz nie mógłby siedzieć na nich na gałęzi. Zwisanie zaś nie wymaga żadnego wysiłku mięśniowego, bo ewolucyjnie wykształcił się u tych ssaków specyficzny układ blokujący ścięgna, który przypomina ten u zwisogłówek. Kiedy zatem nietoperz zwisa, to jego mięśnie wypoczywają, a sam ciężar ciała wyzwala blokowanie zaciśniętych palców nóg. Chcąc odlecieć, musi użyć siły mięśni, by zwolnić uchwyt.

Długotrwałe zwisanie głową w dół u większości ssaków doprowadziłoby do obrzęku mózgu, ale nietoperze radzą sobie z tym podobnie jak papugi. Mają jednokierunkowe zastawki w naczyniach krwionośnych, które zapobiegają cofaniu się i gromadzeniu krwi w głowie pod wpływem grawitacji. Również ściany naczyń krwionośnych nietoperzy są bardzo elastyczne, co ułatwia pompowanie krwi w kierunku mięśnia sercowego. Samo serce jest proporcjonalnie większe niż u innych ssaków, dzięki czemu szybko następuje wyrównanie ciśnienia krwi w momencie zmiany ułożenia głowy. Nie bez znaczenia u nietoperzy jest także dobrze rozwinięty błędnik, błyskawicznie reagujący na zmiany orientacji góra–dół.

Innymi ssakami żyjącymi z głową do dołu są leniwce. Te powolne nadrzewne ssaki zamieszkują wilgotne lasy tropikalne Ameryki Południowej i Środkowej. Żywią się głównie liśćmi, które – jak wiadomo – są bardzo ubogim pokarmem. Zwierzęta te prawie całe życie spędzają do góry nogami, a na ziemię schodzą tylko po to, by oddać kał lub przejść na inne drzewo. Największym chyba osiągnięciem ewolucyjnym u leniwców jest adaptacja chroniąca je przed uduszeniem. Gdy inne zwierzę w nienaturalny sposób leży na plecach, to ciężar jego narządów wewnętrznych może naciskać na płuca i je blokować. W efekcie długo utrzymujący się taki stan może skończyć się uduszeniem. U leniwców narządy wewnętrzne przytwierdzone są do żeber (tkanka włóknista), dzięki czemu wewnątrz ciała zwierzęcia zachowany jest porządek i mimo odwróconej pozycji narządy na siebie nie naciskają.

W związku z brakiem presji ewolucyjnej i wyjątkowo powolnym metabolizmem poszczególne gatunki leniwców mają odmienną liczbę kręgów szyjnych, ale również w ramach tego samego gatunku występują u nich te różnice. Np. leniwce trójpalczaste mogą ich mieć 8–10, a leniuchowce (leniwce) dwupalczaste – 5–7. Standardem u wszystkich pozostałych grup ssaków (wyjątek to brzegowce) jest 7 kręgów szyjnych. Ostatnie badania wskazują, że dodatkowe kręgi u leniwców są przekształconymi i pozbawionymi żeber kręgami piersiowymi. Dzięki takiemu rozwiązaniu zwisający z gałęzi leniwiec może przekręcić głowę w dowolnym kierunku. Również układ krwionośny tych zwierząt działa w sposób niestandardowy. Tzw. sieć dziwnych naczyń krwionośnych zapobiega niekontrolowanemu odpływowi krwi do głowy. Z kolei zastawki naczyniowe regulują przepływ krwi i blokują jej cofanie się do mózgu. Wszystko to zapewnia zwierzęciu stałe ciśnienie i kierunek przepływu krwi wbrew grawitacji. Jeśli chodzi o owłosienie ciała, to leniwce mają przedziałek na brzuchu, a nie na plecach. Dzięki temu deszcz swobodnie spływa po ich ciele.

Gady na suficie

Odwiedzając tropikalne kraje, na ścianach czy sufitach hoteli można zaobserwować niewielkie jaszczurki. Najprawdopodobniej są to gekony, które w nocy uganiają się za owadami. Gady te wykonują kawał dobrej roboty, łowiąc uciążliwe komary i karaluchy. Palce gekonów są pokryte milionami mikroskopijnych rozgałęzionych włosków, setki razy cieńszych od ludzkich włosów. Końcówki tych włosków są jeszcze dodatkowo rozszczepione i przypominają miotełki zakończone płaskimi szpatułkami. Wszystko to sprawia, że powierzchnia przylegania palców zwierzęcia jest bardzo duża. W zasadzie każda mikroszczelina jest wypełniona przez któryś z włosków. Chodzący po suficie gekon kontroluje przyczepność, odpowiednio zginając i obracając palce. W dużym powiększeniu wygląda to tak, jakby jaszczurka każdy z palców przystosowywała do nierówności powierzchni i chciała wypełnić włoskami każdą szczelinę. Odpowiedzialne za przyklejanie się włosków są siły van der Waalsa. W dużym uproszczeniu zjawisko polega na słabym oddziaływaniu elektrostatycznym i przyciąganiu się cząsteczek. Gdy gekon chce oderwać stopę od powierzchni, musi zmienić kąt ułożenia palców, co natychmiast niweluje działanie sił van der Waalsa i pozwala na bezwysiłkowe chodzenie bez przyklejania się na stałe. Z tych samych praw fizyki korzystają niektóre płazy (rzekotki). Ich stopy pokrywa śluzowa wydzielina, która wypełnia wszelkie mikroskopijne szczeliny między skórą zwierzęcia a np. gładkim szkłem, zapewniając silną przyczepność. Dlatego utrzymywane w terrarium rzekotki można często obserwować przyczepione (nie przyklejone) do sufitu.

Pływanie na opak

Giętkoząb czarnobrzuchy (opaczek) to niezwykła afrykańska ryba słodkowodna, która pływa do góry brzuchem. W normalnych warunkach każda ryba, która pływałaby w taki sposób, zostałaby uznana za martwą lub bliską śmierci. Ale w przypadku opaczka jest to sprytny sposób na zdobywanie pokarmu. Otwory gębowe u większości gatunków ryb (również u opaczka) umiejscowione są zazwyczaj w spodniej lub centralnej części głowy, dlatego pobieranie pokarmu z powierzchni wody jest dla nich uciążliwe. Opaczki żywią się głównie pokarmem znajdującym się na powierzchni, a pływając do góry brzuchem, mogą pobrać go więcej niż ryby w normalnej pozycji. W związku z pływaniem grzbietem do dołu opaczki w porównaniu z innymi rybami mają odwrócone barwy ochronne. Ich brzuchy są ciemne, a grzbiety jasne. Natomiast większość ryb ma ciemniejsze grzbiety, aby zlać się z dnem zbiornika (gdy obserwowane są przez drapieżniki lądowe), i jaśniejsze brzuchy, by wydawać się drapieżnikom wodnym częścią błyszczącej powierzchni wody. Jeśli taka ryba odwróciłaby się brzuchem do góry, to momentalnie zostałaby zauważona przez drapieżniki – zarówno polujące w wodzie, jak i z powietrza.

Chyba najbardziej znanymi rybami, które mogą funkcjonować brzuchem do góry, są zbrojniki, chętnie utrzymywane w akwariach z uwagi na fakt, że jedzą uciążliwe glony. Ryby mają okrągły pysk wyposażony w grube, mięsiste wargi. Zbrojnik szczelnie dociska je do powierzchni i odsysa z pyska wodę, tworząc podciśnienie. Ten manewr umożliwia mu przyczepienie się do spodniej strony liści roślin wodnych czy zanurzonych korzeni. Aby odczepić się od powierzchni, zbrojnik poluźnia uścisk i wprowadza do otworu gębowego wodę.

Innymi organizmami wodnymi, które pływają „do góry nogami”, są pluskolce. Są to owady, dlatego muszą oddychać powietrzem atmosferycznym. Jeśli pływałyby w pozycji brzuchem do dołu, to musiałyby co pewien czas wychodzić z wody, by zaczerpnąć powietrza. U owadów powietrze do wnętrza ciała przedostaje się małymi otworami (przetchlinkami), umiejscowionymi zazwyczaj w odwłoku. Pływając zatem na plecach, pluskolce co pewien czas podpływają do powierzchni wody, by wystawić odwłok na zewnątrz. Podobnie jak opaczki mają odwrócone barwy ochronne. Co prawda, grzbiet pluskolca ma w zasadzie taki sam kolor jak brzuch, ale owad pod pokrywami skrzydłowymi gromadzi pęcherzyki powietrza, które widziane od strony dna srebrzą się podobnie jak powierzchnia wody.

Odwrócona meduza

Cassiopea to rodzaj meduz, które w odróżnieniu od swoich krewniaków nie unoszą się swobodnie w toni wodnej, ale żyją przytwierdzone do dna morskiego. Nie jest to jednak jedyne dziwactwo tych zwierząt. W porównaniu z innymi meduzami Cassiopea żyją w formie odwróconej, gdzie funkcję dennej przyssawki pełni u nich dzwon (parasol), a czułki się unoszą. Z daleka meduzy takie wyglądają trochę jak ukwiały. Nie bez powodu Cassiopea obrały taką dziwną strategię przetrwania. Ich silnie pofałdowane i parzące czułki są domem dla glonów z taksonu brunatnic (zooksantelle). Ponieważ glony te przeprowadzają fotosyntezę, potrzebują dostępu do silnego światła. Czułki zatem, zamiast znajdować się pod zacieniającym parasolem jamy gastralnej meduzy, ulokowane są nad nią. Glony dzięki fotosyntezie dostarczają meduzie węglowodanów i tlenu. Ta z kolei odwdzięcza się sublokatorom, przekazując im dwutlenek węgla oraz związki azotu i fosforu, będące produktami jej przemiany materii.

W toku ewolucji u Cassiopea główny otwór gębowy uwstecznił się na rzecz wielu drobnych otworów ssących. Wychwytują one substancje odżywcze produkowane przez glony. Meduza co prawda nie pływa, ale cały czas pulsuje, przepychając świeżą wodę w kierunku czułków, aby dodatkowo dostarczyć im tlen oraz plankton. Ruchy pulsacyjne pomagają także meduzie oczyścić się z nalotu czy piasku, który mógłby ją zagrzebać na dnie i pozbawić glony dostępu do światła. Meduzy z rodzaju Cassiopea występują tylko w płytkich i tym samym silnie nasłonecznionych wodach morskich. Nie spotyka się ich w pobliżu skał czy wewnątrz zarośli mangrowych, które zanadto by je zacieniały.

Lot do góry nogami

Ważki to jedne z najsprawniejszych lotników w świecie zwierząt. Potrafią latać do góry nogami, do tyłu, w bok, a nawet zawisać w powietrzu niczym helikopter. Ta ponadprzeciętna zwinność i manewrowość wynika z faktu, że ich dwie pary skrzydeł mogą poruszać się i kontrolować kąt nachylenia niezależnie od siebie. Larwy ważek rozwijają się w wodzie, gdzie są prawdziwym postrachem wśród małych zwierząt – to bezwzględni drapieżnicy. Gdy jednak przychodzi moment przeobrażenia się do stadium owada dorosłego (imago), larwa wychodzi z wody na roślinę wodną. Zazwyczaj wyszukuje poziomo położony liść, pod którym usadawia się do góry nogami. Pozycja taka gwarantuje larwie łatwe wyjście z za ciasnego oskórka. Oswobodzony owad jeszcze długo znajduje się w pozycji z głową do dołu, zanim w jego skrzydła wpompuje się hemolimfa.

Wiele innych owadów czy pajęczaków porusza się po różnych powierzchniach do góry nogami. Pospolicie występujące muchy, pszczoły czy pająki spotkać można tak samo często na stole, jak i na suficie. Zwierzęta te są na tyle małe i mają tak prostą budowę, że organizm jakoś szczególnie nie odczuwa dyskomfortu w związku z odmienną pozycją. Poza tym odnóża większości owadów czy pajęczaków są wyposażone w różnego rodzaju przylgi, włoski czy haczyki, dzięki którym mogą przyczepić się w zasadzie do każdej powierzchni.