Как замедленная съемка раскрыла секреты кошачьей ловкости

Новости МирТесен

Любой, кто когда-либо держал кошку на руках, наверняка замечал: если она неожиданно упадет, то чаще всего приземляется на все четыре лапы. Этот процесс занимает лишь малую долю секунды. Тело животного совершает вращение в воздухе и, кажется, самостоятельно выбирает оптимальную позу. На протяжении многих лет ученые пытаются выяснить, как кошкам удается выполнять этот маневр. Сейчас исследователи сделали значительный шаг к пониманию механизма.

С давних пор люди были заинтригованы умением кошек приземляться на лапы. Научный интерес к этому явлению проявился лишь в конце XIX века — после опытов и хронофотографий французского физиолога Этьена‑Жюль Маре, которые впервые позволили покадрово увидеть, как тело кошки поворачивается в падении. Тогда физики и биологи стали систематически изучать и обсуждать механизмы, объясняющие явление. С тех пор в популярной и научной литературе сформировалось несколько основных гипотез.

Первоначальная гипотеза, известная как «пропеллерный хвост», предполагала, что кошка вращает хвостом, чтобы вызвать поворот тела в противоположную сторону, что обеспечивает приземление на все четыре лапы. Тем не менее, более поздние исследования показали, что хвост выполняет лишь вспомогательную функцию, а не является основным фактором. Даже кошки без хвоста или с коротким хвостом способны успешно выполнять данный маневр.

Согласно второй гипотезе, получившей название «сгибание и скручивание», животное совершает резкий изгиб тела, за которым следует вращение передней и задней частей корпуса в разных направлениях. Это позволяет передним и задним лапам одновременно занять оптимальную позицию в воздушном пространстве.

Согласно третьей гипотезе, речь идет о «группировке и повороте». Эта концепция предполагает, что кошка совершает действия последовательно. Вначале она вытягивает задние лапы и прижимает передние к груди, поворачивая при этом переднюю часть тела. После этого, изменив позу, она вытягивает передние конечности, поджимает задние и поворачивает таз. Благодаря этому одна пара лап оказывается в необходимой позиции до другой.

Долгое время ученые не могли прийти к согласию относительно правильности одной из предложенных моделей. Они стремились найти лаконичное и понятное объяснение, однако природа, как это часто бывает, оказалась сложнее.

Японские ученые во главе с Ясуо Хигураси предприняли попытку детального изучения данного вопроса ( Yasuo Higurashi) из Университета Ямагути. Ученые провели два нестандартных исследования.

Для начала были исследованы позвоночники пяти умерших кошек: проводилось осторожное скручивание различных сегментов позвоночного столба и измерялась степень их подвижности без риска повреждений. Наибольший интерес представляли две области: грудной отдел, расположенный в средней части спины, и поясничный отдел, находящийся ближе к тазовой области).

Средний диапазон вращения грудного отдела позвоночника был в три раза шире, чем у поясничного. Это говорит о том, что грудной отдел позвоночника значительно более подвижен, чем поясничный, и эта особенность позволяет кошке быстрее и с меньшими усилиями поворачивать туловище во время падения.

Изучив падение двух взрослых кошек с высоты одного метра, ученые зафиксировали этот процесс на видео с помощью высокоскоростной камеры. Полученная запись позволила детально проанализировать последовательность движений животных, фиксируя их с точностью до миллисекунд.

Выяснилось, что передняя часть тела кошки начинала поворот на десятки миллисекунд раньше, чем задняя. Таким образом, движение происходило не одновременно, а последовательно. Сначала кошка выравнивала передние лапы, а затем, спустя небольшое время, поворачивала задние. Этот процесс происходит стремительно, из-за чего кажется, будто кошка переворачивается в воздухе всем телом.

Раньше многие эксперты склонялись к поддержке второй гипотезы, которая предполагает одновременный поворот частей тела («сгибание и скручивание»). Однако свежие данные исследования демонстрируют, что кошачья акробатика основана на последовательном механизме, объясняемом третьей гипотезой — «группировка и поворот». Сначала животное группируется, а затем последовательно разворачивает различные части тела, используя гибкость грудного отдела позвоночника.

Следует учитывать, что данное исследование имеет определенные ограничения. В ходе работы ученые наблюдали всего двух живых кошек и фиксировали их падение с высоты в один метр. Это не дает возможности с абсолютной уверенностью утверждать, что все кошки ведут себя идентично при падении с различных высот или в иных условиях. Кроме того, эксперименты, проведенные с трупами животных, демонстрируют лишь границы гибкости позвоночника, но не принимают во внимание активное сокращение мышц живой кошки во время полета.

В ходе исследований было выявлено еще одно интересное наблюдение. При падении обе кошки поворачивались вправо. Одна из них демонстрировала это поведение постоянно, а другая – в большинстве случаев, а именно в шести из восьми. Причины такого явления остаются невыясненными. Предполагается, что это может быть связано с неравномерностью расположения внутренних органов, которое способно незначительно смещать центр тяжести и упрощать поворот в определенную сторону.

Научная работа опубликована в журнале The Anatomical Record.