ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů Semestrální projekt: Pevnost chlupů různě zbarvených potkanů Autorky: Johana Pazderová, Helena Moravcová
Obsah 1 Úvod... 3 2 Cíl práce... 4 3 Hypotéza... 4 4 Literární rešerše... 5 4.1 potkan... 5 4.2 Bava srsti... 5 4.2.1 Aguti... 5 4.2.2 Černá... 6 4.2.3 Béţová (Champagne)... 7 4.2.4 Bílá... 7 4.2.5 Šedá (Ruská modrá)... 8 4.3 Typy srsti... 8 4.3.1 Normální srst... 8 4.3.2 Rex... 9 4.3.3 Saténová srst... 9 4.3.4 Bezsrstí potkani... 9 4.4 soustava kožního ústrojí a kůže... 9 4.4.1 kůţe... 9 4.4.2 Koţní ţlázy... 10 4.4.3 Chlupy... 10 4.4.4 Drápy... 11 4.5 Deformace pevného tělesa... 11 4.5.1 Deformace tahem... 12 5 Metodika... 13 5.1 Pomůcky:... 13 5.2 Vlastní pokus:... 13 6 Výsledky... 14 7 Závěr... 19 8 Seznam pouţité literatury... 20 2
1 Úvod Potkani, kteří byli původně chovaní a vyšlechtění pouze jako laboratorní zvířata se v poslední době stávají často chovaným zvířetem v hobby chovech. Vyskytuje se u nich mnoho barevných forem a typů srstí. Pro alergiky byla jiţ vyšlechtěna i bezsrstá forma. V přírodě se však vyskytují pouze v barvě aguti (velmi ojediněle albíni). Kvalita srsti těchto inteligentních hlodavců můţe být ovlivněna nejen šlechtěním, ale také výţivou, zdravotním stavem, věkem, pohlavím a kvalitou chovu. Jelikoţ jsme na pokus neměly dostatek času, zahrnuly jsme mezi (pro nás důleţité) parametry pouze barvu srsti. Snaţily jsme se vybírat zvířata přibliţně stejného věku. V tomto projektu jsme zkoumaly pět typů barevných forem vyskytujících se u potkanů a to aguti, černou, šedivou (ruskou modrou), béţovou (champagne) a bílou. 3
2 Cíl práce Cílem práce bylo zjistit, zda má různé zbarvení srsti laboratorních potkanů vliv na její pevnost, tuhost a další mechanické parametry. 3 Hypotéza H 1 čím je srst tmavší, tím je chlup pevnější H 2 Přírodní zbarvení (Aguti) bude nejpevnější 4
4 Literární rešerše 4.1 potkan Krysy rodu Rattus patří do čeledi myšovitých. K nejznámějším druhům patří krysa (Rattus rattus) a potkan (Rattus norvegicus). Předkové našich potkanů byli hnědí potkani (Rattus norvegicus). Potkani původně pocházejí z Asie. Do Evropy se dostali v době rozkvětu mořeplavectví jako neţádoucí černí pasaţéři na lodích. První potkan na evropské pevnině byl rozpoznán a popsán v roce 1728- před tím se v Evropě nevyskytovali. Ne jinak neţ po vodě se potkani dostali i do ostatních světadílů (Verhoef-Verhallenová, 1998). Potkan vţdycky měl a má stále rád vodu a libuje si ve vlhkém prostředí. A protoţe potkani měli lepší schopnosti se přizpůsobit neţ v Evropě zdomácnělá krysa obecná (černá), během relativně krátké doby ji vytlačil (Verhoef-Verhallenová, 1998)i. Bílí potkani, strakaté exempláře a všichni další potkani, kteří se nějakým způsobem odlišovali od průměrného hnědého potkana, se prodávali soukromým osobám jako domácí zvířata a především vědcům v laboratořích (Verhoef-Verhallenová, 1998). V laboratořích byli potkani vyhledáváni. Hodně se s nimi experimentovalo a experimentuje při výzkumu rakoviny (Verhoef-Verhallenová, 1998). V roce 1901 byli potkani připuštěni na výstavy a show a v klubech byli organizovány soutěţe krásy. Zájem o tato sociální a zajímavá domácí zvířata se ve společnosti udrţel do dnes (Verhoef-Verhallenová, 1998). 4.2 Bava srsti 4.2.1 Aguti Původní barvou je aguti. Tato barva se vyznačuje tím, ţe jednotlivé chlupy mají černé prouţky, tzv. ticking. Barva, která leţí mezi černými prouţky, je hnědavá. Základní barvabarva chlupu, která je nejblíţe ke kůţi- je tmavě břidlicově modrá (Verhoef-Verhallenová, 1998). 5
4.2.2 Černá Černí potkani mají pokud moţno co nejtmavší černou barvu bez nádechu hnědé nebo šedé a v jejich srsti nejsou jinak zbarvené chlupy. Oči jsou tmavě hnědé a oči uši a ocas jsou co nejtmavší (Verhoef-Verhallenová, 1998). 6
4.2.3 Béžová (Champagne) Tento barevný ráz dává béţový nádech s poněkud zrzavým leskem. Břicho a končetiny mají u tohoto barevného rázu světlejší barvu a oči jsou červené. Chodidla, drápky, ocas a uši jsou pigmentované (Verhoef-Verhallenová, 1998). 4.2.4 Bílá Bílí potkani tohoto barevného rázu jsou čistě bílí. Chodidla, ocas a uši jsou zcela bez pigmentu. Oči jsou červené a drápky mají rohovinovou barvu (Verhoef-Verhallenová, 1998). 7
4.2.5 Šedá (Ruská modrá) Je to temná břidlicové modrá, části chlupů jsou příliš světlé a jiná část chlupu příliš tmavá vzhledem k barvě na zbytku těla, pokud fouknete do srsti, uvidíte, ţe zbytek chloupků nemá tento tickingový efekt (Verhoef-Verhallenová, 1998). 4.3 Typy srsti 4.3.1 Normální srst Srst normálně osrstěných potkanů je krátká. Přiléhá těsně k tělu a je pěkně lesklá. Má hrubší strukturu neţ srst myší (Verhoef-Verhallenová, 1998). 8
4.3.2 Rex Potkani rexové mají kudrnatou srst. Jejich srst je o zlomek delší neţ srst hladkosrstých potkanů a na dotek je dosti tvrdá a jakoby hrubá. Rovněţ čichové vousky těchto zvířat jsou zatočené. Srst rexů se nevyvíjí tak rychle. Starší zvířata mají často hezčí, lépe vyvinutou kudrnatou srst neţ zvířata mladá (Verhoef-Verhallenová, 1998). 4.3.3 Saténová srst Na výstavách se klade nesmírně velký důraz na kvalitu, hustotu a především také silně duhový lesk srsti. Osrstění je krátké, má jemnou strukturu, je pruţné, hebké na dotek a hluboce zasazené (Verhoef-Verhallenová, 1998). 4.3.4 Bezsrstí potkani Kůţe bezsrstého potkana by měla být co nejvíce bez srsti. Povoleno je jemné chmýří na hlavě, břiše a končetinách. Pro výtavní účely musí být kůţe skutečně čistá, bez škrábanců a nepravidelností. Kůţe smí být vrásčitá. Bezsrstí potkani mohou mít malé zatočené hmatové vousky, nebo nemusí mít hmatové vousky vůbec (Verhoef-Verhallenová, 1998). 4.4 soustava kožního ústrojí a kůže 4.4.1 kůže Kůţe je ochranným obalem těla proti vnějším škodlivým vlivům, dále je nositelem smyslových orgánů a rovněţ orgánem pro výměnu látkovou. Zprostředkovává vnímání tepla, bolesti a hmatu, dále vylučuje tuk a pot a rovněţ slouţí k regulaci tělesné teploty. Její povrchová vrstva se nazývá pokoţka, pod ní je uloţena škára, a konečně řídké vazivo podkoţní (Bondy, 1969). Pokoţka je tvořena ze zárodečné vrstvy a z vrstvy rohové, která se skládá z dalších vrstev. Škára se skládá z povrchové vrstvy bradavkové a hluboké vrstvy síťové. Bradavková vrstva 9
obsahuje vlásečnice krevní i mízní a vlákna nervová. Podkoţní vazivo tvoří síťovinu, která obsahuje lalůčky tukové tkáně. Souvislé vrstvy tuku se nazývají polštáře tukové (Bondy, 1969). U potkana je povrch těla kryt poměrně dosti silnou kůţí, která nevytváří téměř ţádné záhyby. Podkoţní vazivo je u potkanů jen slabě vyvinuto. Kůţe bílého potkana neobsahuje ţádný pigment (Bondy, 1969). 4.4.2 Kožní žlázy Koţní ţlázy se vyskytují hlavně mazové, potní a mléčné. U potkana je nejvíce mazových ţláz nahromaděno v okolí úst a na očních víčkách. Řitní ţlázy potkani nemají a potní ţlázy jsou zakrnělé (Bondy, 1969). Mléčná ţláza je speciální koţní ţláza, která produkuje mléko. Její činnost je řízena hormonálně. Na povrchu je kryta kůţí. Ţlázový parenchym je tvořen z lalůčků, které se dále člení na alveoly. Vývody alveolů se spojují a vytvářejí lalůčkové vývody, z nichţ vznikají mléčné kanálky, které ústí do mlékojemu. Vnitřkem struku prochází jeden nebo více strukových kanálků, které začínají v mlékojemu (Bondy, 1969). U potkanů je mléčná ţláza na hrudi a v tříselné krajině. Samice má zpravidla 6 párů struků, z nichţ 3 páry jsou umístěny na hrudi a další 3 v tříselné krajině (Bondy, 1969). 4.4.3 Chlupy Chlup je jemné zrohovatělé vlákno, sloţené z volné části, coţ je tzv. volný chlup, vyčnívající z kůţe z chlupového kořene, uloţeného v chlupovém váčku a z chlupové cibulky. Na kaţdý chlupový váček je upnut drobný svazek vláken hladkého svalstva, které po smrštění působí zjeţení srsti (Bondy, 1969). Srst se skládá z několika druhů chlupů. Jemné chloupky tvoří podsadu (coţ jsou vlníky a osiníky), nad kterou vynikají dlouhé chlupy, tzv. pesíky (Bondy, 1969). 10
Chlupy hmatové neboli sinusové jsou dlouhé chlupy, které jsou uloţené na různých místech těla. U potkanů jsou hmatové chlupy na horním rtu velice silné, rovné a bez pigmentu (Bondy, 1969). 4.4.4 Drápy Drápy jsou fylogenetickými předchůdci kopyt a nehtů. U potkanů jsou poslední články prstů kryty nevtaţitelnými drápy. Ty neustále na kořeni dorůstají z drápového lůţka a proto jsou stále ostré. Na prstech hrudní končetiny jsou čtyři, na pánevní končetině je jich 5 (Bondy, 1969). 4.5 Deformace pevného tělesa Deformaci pevného tělesa rozdělujeme na: Pruţnou (elastickou) pro malé defomace platí Hookův zákon. Pokud je deformující síla malá, pak deformace je úměrná této síle, je to deformace dočasná a zazýváme jí pruţná deformace. Přestane li pak deformující síla působit, těleso se vrátí do původního stavu. Mezimolekulární síly, které jsou toho příčinou, se nazývají elastické síly. Mezi pruţná tělesa řadíme např. pruţinu, ocelový pásek; Tvárnou (plastickou), je deformace trvalá, těleso mění tvar, objem, atd., můţeme sem řadit například kování kovového tělesa. Deformace tělesa můţe být: tahem, tlakem, ohybem, smykem a kroucením. 11
4.5.1 Deformace tahem Deformace tahem je způsobena stejně velikými silami opačného směru, které leţí v jedné přímce a působí ven z tělesa. Projevuje se prodlouţením tělesa. Setkáváme se s ní např. u lan výtahů a jeřábů, u taţných háků apod. (Lepil a spol, 1993). 4.5.1.1 Hookův zákon Kdyţ na těleso začneme působit tahovou silou F p, prodlouţí se toto těleso z původní délky ɭ 1 o délku Δɭ (prodlouţení, které závisí na počáteční délce tělesa) na konečnou délku ɭ : ɭ = ɭ 1 +Δɭ. Při prodlouţení dochází k deformaci tahem, na obou koncích tělesa působí podle zákona akce a reakce tahové síly F a F. Protitahové síly působí uvnitř tělesa vnitřní síly mezi částicemi látky. Vzájemné působení těchto sil vyvolává v tělese mechanické napětí, které v tělese vyvolává vznik sil pruţnosti F p a F p. Tyto síly působí kolmo na plochu S příčného řezu tělesem. Stav v tělese popisuje normálové napětí: Σn = F p / S [Pa] Protoţe je pro praxi vhodnější, kdyţ porovnáváme prodlouţení tělesa s jeho původní délkou, zavádíme poměrné prodlouţení ε pomocí vztahu: ε = Δɭ / ɭ 1 Normálové napětí je přímo úměrné relativnímu prodlouţení, platí: σn = E. ε Kde E je Youngův modul pruţnosti v tahu číselně je roven normálovému napětí, které by v tělese bylo, kdyby těleso prodlouţilo svoji délku o Δɭ. Pro tuto změnu platí: Δɭ = (F p /S). (ɭ 1 /E) Vyšší hodnotu modulu pruţností mají materiály, které potřebují na dosáhnutí stejné deformace vyšší napětí (Rosina a kol., 2013). 12
5 Metodika 5.1 Pomůcky: Mikroskop Trhačka typu Deform 2 Počítač Podloţní a krycí sklíčka Plastová pinzeta Chlupy (5 různých barev od kaţdé 3 chlupy) 5.2 Vlastní pokus: V praktické části jsme zkoumaly chlupy pěti různých zbarvení potkanů a to aguti, černá, šedivá (ruská modrá), béţová (champagne) a bílá. Chlupy jsme odebraly potkanům vţdy ze stejné části těla a to od kořene ocasu (jsou tam nejdelší). Odebíraly jsme je pomocí nůţek a uschovaly je do uzavíratelných plastových sáčků. Sáčky byly označeny vţdy danou barvou zvířete. Vţdy před začátkem práce byla naměřena teplota, která se pohybovala mezi 25,5 aţ 26,2 C. Všechny chlupy jsme nejdříve vyfotily pod mikroskopem (při zvětšení 40x) a pomocí programu SchopePhoto vyfotografovaly a uloţily do databáze. U kaţdého chlupu jsme pak v programu GIMP2 změřily průměr na 3 různých místech chlupu. Tento průměr byl v jednotkách pixelech, který jsme poté přepočítaly na mikrometry. K tomuto přepočtu jsme vyuţily kalibrované sklíčko. V další fázi jsme kaţdý chlup přetrhly na trhačce Deform2 a to rychlostí 1mm/min. Chlupy jsme vkládaly do čelistí trhačky vţdy s koncem zabaleným do hrubého papíru, aby nedošlo k jejich předčasnému mechanickému poškození či vyklouznutí. 13
Pro kaţdý jednotlivý chlup byl vytvořen soubor v programu Excel. Do něj byla zkopírována data z trhačky a byla převedena do tabulky a následně vypočítána. Cílem analýzy dat z trhačky bylo zjištění následujících hodnot síla, deformace, průřez, napětí a deformační křivka. Deformační křivku jsme proloţily lineární přímkou a takto jsme zjistily přibliţně mez kluzu a Youngův modul. 6 Výsledky Př. chlup aguti01: Výpočet průměru: 1. Měření 2. Měření 3. měření 431,1 px 432,6 px 425,2 px (431,1 +432,6+425,)/3 = 429, 63 px Přepočet na mm: 0,1 mm = 705 px (0,1 : 429,63) * 705 = 0,06094 mm Výpočet obsahu průřezu (mm2): S = π * (d2/4) S = 0,00291672 mm2 14
Výchozí hodnoty z trhačky Timestamp Force [N] Position [um] 2500135.780 0.002 31058.611 2500136.115 0.002 31063.817 2500136.446 0.003 31069.62 2500136.781 0.004 31076.024 2500137.112 0.005 31082.43 2500137.445 0.007 31088.03 2500137.776 0.007 31093.036 2500138.112 0.01 31097.634 2500138.443 0.014 31102.025 2500138.777 0.016 31106.625 2500139.109 0.017 31111.427 2500139.443 0.018 31116.83 2500139.776 0.022 31123.226 2500140.109 0.024 31129.83 2500140.443 0.025 31135.831 Atd. 15
Ukázka výpočtu jednotlivých hodnot vzorku aguti01 16
Ukázka deformační křivky u vzorku aguti01 140 Zkouška tahem chlupu 120 100 σ [N/mm2] 80 60 40 20 y = 4381,x + 1,783 Deformační křivka Elastická oblast Lineární (Elastická oblast) 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 ε [-] 17
Celkové výsledky chlup mez kluzu napětí *MPa+ Youngův modul *GPa+ průměr Youngova modulu *GPa+ aguti01 68 4381,7 8706,23 aguti02 150 16026 8706,23 aguti03 50 5711 8706,23 bezova01 58 3895,9 2739,96 bezova02 58 1973 2739,96 bezova03 40 2351 2739,96 bila01 15 1210,3 1060,06 bila02 48 1412 1060,06 bila03 16 557,9 1060,06 cerna01 130 4088 2332,33 cerna02 3,5 1411 2332,33 cerna03 24 1498 2332,33 seda01 84 13748 8106,033 seda02 149 8526 8106,033 seda03 136 2044,1 8106,033 18
7 Závěr Z průměrů Youngůvých modulů pro jednotlivé zbarvení srsti je patrné, ţe chlupy, které potřebují na dosáhnutí stejné deformace nejvyšší napětí, jsou v barvě aguti. Dále následuje zbarvení: šedá, béţová, černá a bílá (v tomto pořadí). Potvrdila se nám tedy hypotéza H 2, v níţ jsme předpokládaly, ţe přírodní zbarvení srsti aguti bude nejpevnější. Je nutno poznamenat, ţe vzhledem k časové náročnosti práce s trhačkou jsme nezískaly dostatečné mnoţství dat a musely jsme pouţít i data, která se liší i o řády. Tyto lišící se hodnoty připisujeme nevhodnosti modelu trhačky Deform2, vzhledem k malé délce potkaních chlupů, které bylo velmi sloţité umístit do čelistí trhačky, a tak dosáhnout poţadovaného přetrhnutí. Aby byly výsledky tohoto pokusu prokazatelné, bylo by potřeba zahrnout do vyhodnocení dat i výţivou, zdravotní stav, věk, pohlaví a kvalitou chovu. 19
8 Seznam použité literatury BONDY, R. 1969. Srovnávací anatomie některých laboratorních zvířat. Česká vědeckotechnická společnost pro zemědělství. Praha. 125 s. LEPIL, O., BEDNAŘÍK, M., HÝBLOVÁ, R., 1993: Fyzika pro střední školy I., kapitola 6. Mechanika tuhého tělesa; Prometheus Praha, vydání 4., ISBN 80-7196-184-1 ROSINA, J., VRÁNOVÁ, J., KOLÁŘOVÁ H., STANEJ, J. 2013. Bizofyzika pro zdravotnické a biomedicínské účely. Grada publishing, a. S. Praha. 224 s. Isbn: 978-80-247-4237-3 VERHOEF-VERHALLENOVÁ, E. 1998. Encyklopedie králíků a hlodavců. Rebo production. Nizozemsko. 320 s. Isbn: 80-7234-039-5. 20