The Vertebrate Integument Volume 2: Structure, Design and Function

تاکید در این جلد بر ساختار و طراحی عملکردی پوشش است. کتاب با مقدمه ای کوتاه بر برخی از اصول اولیه فیزیک (مکانیک) از جمله قانون سه گانه حرکت نیوتن آغاز می شود. این اصول متعاقباً برای تفسیر مشکلاتی که حیوانات در حرکت با آن مواجه می شوند استفاده می شود.

فقط در حدود 40 سال گذشته است که ما شروع به درک نقش مهمی از پوشش در جابجایی بسیاری از مهره داران دریایی کرده ایم. این شامل معماری الیاف متقاطع است که برای اولین بار در یک مطالعه کلاسیک بر روی کرم‌های nemertean کشف شد. به عنوان یک اصل طراحی، می بینیم که معماری فیبر متقاطع در طبیعت همه جا حاضر است. تحقیقات روی برخی از پویاترین مهره‌داران دریایی اقیانوس‌ها - ماهی تن، دلفین‌ها و کوسه‌ها، و ایکتیوسورهای منقرض شده ژوراسیک - دقیقاً نشان می‌دهد که چگونه معماری فیبر متقاطع به شنای پرسرعت کمک می‌کند و (در کوسه‌های لامنید) حتی ممکن است به انرژی کمک کند. حفاظت.

با این حال، این اصل طراحی منحصر به حیوانات موجود در زیست‌های دریایی نیست، بلکه تا دوردست‌هایی مانند دایناسورها نیز یافت می‌شود و اخیراً به عنوان بخش عمده‌ای از ریزساختار پیچیده‌ترین آنها آشکار شده است. مشتق از پوشش، پر. ما می بینیم که مهره داران متنوعی از نظر فیلوژنتیکی با استفاده از فلپ های پوستی برای سر خوردن از درختی به درخت دیگر یا روی زمین به هوا می روند و توضیحات مفصلی از نوآوری هایی ارائه می دهند که به دنبال بهبود قابلیت های سر خوردن در گلایدرهای منقرض شده و امروزی توسعه یافته اند.

اما پوشش مهره داران چیزهای بزرگ تری نیز در نظر داشت، یعنی پرواز واقعی یا بال زدن. پتروسارها اولین مهره‌دارانی بودند که از پوشش به‌عنوان غشایی در پرواز بال زدن واقعی استفاده کردند.

خفاش‌ها، تنها پستاندارانی که پرواز می‌کنند، از غشاهای پروازی داخلی نیز استفاده می‌کنند. تحقیقات کلاسیک در مورد پرواز خفاش با آخرین تحقیقات مورد بررسی قرار گرفته و تکمیل شده است، که نشان می دهد پیچیدگی چرخه ضربان بال به طور قابل توجهی با پرندگان متفاوت است، همانطور که توسط سرعت سنجی تصویر ذرات نشان داده شده است.

بزرگترین فصل کتاب به پرندگان اختصاص دارد، زیرا آنها تقریباً نیمی از بیش از 22000 گونه چهارپایان را تشکیل می دهند. دستگاه پرواز پرندگان در طبیعت منحصر به فرد است و با جزئیات زیادی توصیف شده است، با تحقیقات ابتکاری که پیچیدگی ساختار پرواز، الگوهای پرواز پرندگان و رفتار در گونه های مختلف را برجسته می کند. تحقیقات جدید روی مغز پرندگان که نشان می‌دهد پیچیده‌تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد، این موضوع را تأیید می‌کند. این پر پرواز پرنده را ممکن کرد، و خود توسط بتا کراتین ممکن شد، به چیزی که ممکن است یک ریزساختار بیومکانیکی منحصر به فرد در طبیعت باشد، موضوعی که در عمق مورد بحث قرار گرفته است. یک موضوع بسیار قطبی شده مربوط به منشاء پرندگان و پر است. پروتوپرهای ادعایی فسیل شده (پرهای ساده اولیه) بر اساس مطالعات تحقیقی بافت شناسی و تافونومیک در فصل 6 در نظر گرفته شده اند. در نهایت، در فصل 7 ما بحث های مرتبط با این زمینه تحقیقاتی را مورد بحث قرار می دهیم.

پروفسور Theagarten Lingham- سولیار در دانشگاه متروپولیتن نلسون ماندلا، پورت الیزابت کار می کند و استاد افتخاری علوم زیستی در دانشگاه کوازولو-ناتال است.

The emphasis in this volume is on the structure and functional design of the integument. The book starts with a brief introduction to some basic principles of physics (mechanics) including Newton’s Three Laws of Motion. These principles are subsequently used to interpret the problems animals encounter in motion.

It is in only the last 40 or so years that we have begun to understand how important a role the integument plays in the locomotion of many marine vertebrates. This involves the crossed-fiber architecture, which was first discovered in a classic study on nemertean worms. As a design principle we see that the crossed-fiber architecture is ubiquitous in nature. Research on some of the most dynamic marine vertebrates of the oceans – tuna, dolphins and sharks, and the extinct Jurassic ichthyosaurs – shows precisely how the crossed-fiber architecture contributes to high-speed swimming and (in lamnid sharks) may even aid in energy conservation.

However, this design principle is not restricted to animals in the marine biota but is also found as far afield as the dinosaurs and, most recently, has been revealed as a major part of the microstructure of the most complex derivative of the integument, the feather. We see that a variety of phylogenetically diverse vertebrates take to the air by using skin flaps to glide from tree to tree or to the ground, and present detailed descriptions of innovations developed in pursuit of improved gliding capabilities in both extinct and modern day gliders.

But the vertebrate integument had even greater things in store, namely true or flapping flight. Pterosaurs were the first vertebrates to use the integument as a membrane in true flapping flight and these interesting extinct animals are discussed on the basis of past and cutting-edge research , most intriguingly with respect to the structure of the flight membrane.

Bats, the only mammals that fly, also employ integumental flight membranes. Classic research on bat flight is reviewed and supplemented with the latest research, which shows the complexities of the wing beat cycle to be significantly different from that of birds, as revealed by particle image velocimetry.

The book’s largest chapter is devoted to birds, given that they make up nearly half of the over 22,000 species of tetrapods. The flight apparatus of birds is unique in nature and is described in great detail, with innovative research highlighting the complexity of the flight structures, bird flight patterns, and behavior in a variety of species. This is complimented by new research on the brains of birds, which shows that they are more complex than previously thought. The feather made bird flight possible, and was itself made possible by β-keratin, contributing to what may be a unique biomechanical microstructure in nature, a topic discussed in some depth. A highly polarized subject concerns the origin of birds and of the feather. Alleged fossilized protofeathers (primal simple feathers) are considered on the basis of histological and taphonomic investigative studies in Chapter 6. Finally, in Chapter 7 we discuss the controversies associated with this field of research.

Professor Theagarten Lingham-Soliar works at the Nelson Mandela Metropolitan University, Port Elizabeth and is an Honorary Professor of Life Sciences at the University of KwaZulu-Natal.