Каким образом кошки приземляются на лапы?

Каким образом кошки приземляются на лапы?

1 мин


Когда кошки падают, они обычно без особых усилий переворачиваются на правую сторону, что десятилетиями ставило учёных в тупик. Наши кошачьи друзья, похоже, бросают вызов законам физики, перенастраивая себя в воздухе без вмешательства другой силы. Так как же они это делают?

Сразу несколько факторов влияют на то, как кошка может приземляться на свои четыре лапы, но всё же основными являются физика и неврология.

Каким образом кошки приземляются на лапы?
У кошки есть несколько способов исказить свое тело во время падения, чтобы максимально чётко приземлиться на свои лапы. Изображение: Getty Images

«Одна из причин, по которой физики были удивлены тем, что кошки могут вращаться, чтобы всегда приземляться на лапы, — это сохранение углового момента», — рассказал в интервью Live Science Грег Гбур (Greg Gbur), физик из Университета Северной Каролины в Шарлотте.

По сути, это означает, что если что-то вращается по часовой стрелке, что-то также ещё должно вращаться против часовой стрелки. Представьте кошку, падающую из статического положения вниз головой. Согнувшись в талии, кошка может повернуть переднюю половину тела в одном направлении, а заднюю — в противоположном. К моменту разгибания в талии кошка окажется в правильном положении. Гбур назвал это моделью «сгиба и вращения» в своей книге «Falling Felines and Fundamental Physics»/»Падающие кошки и основы физики» (Yale University Press, 2019).

Но существуют и другие техники, которые могут помогать кошкам исправлять своё положение в воздухе, и, вероятно, они используют не одну. При технике «сгиба и вращения» кошка вытягивает передние лапы и задирает задние, что уменьшает момент инерции задней части тела, что означает меньшее сопротивление изменениям вращательного движения. Затем она делает противоположное, задирая передние лапы и вытягивая задние. Это имеет эффект, аналогичный вращению фигуриста: широко разведение рук в стороны увеличивает момент инерции, в то время как прижатие рук к телу уменьшает его. Это обратно коррелирует со скоростью. По мере увеличения инерции скорость уменьшается, и наоборот. Кошки также могут использовать то, что Гбур называет «хвостом-пропеллером», который работает похожим образом. Пока хвост вращается в одном направлении, тело может вращаться в другом.

Такие искривления возможны благодаря гибкой поясничной области кошек — пространству между тазом и грудной клеткой, рассказал Live Science Джон Хатчинсон (John Hutchinson), профессор эволюционной биомеханики Королевского ветеринарного колледжа при Лондонском университете. У кошек, в отличии от других четвероногих позвоночных, тонкие позвонки, что делает их более гибкими.

Эта способность приземляться на лапы также имеет нейроанатомическое объяснение: это исправляющий рефлекс, или реакция. По словам Гбура, в отличие от простого рефлекса, такого как коленный рефлекс, выпрямление у животных — это сложный рефлекс, то есть он связан с сознательным мозгом.

Выпрямление — это поведенческая реакция на силу тяжести, которая зависит от вестибулярной системы, контролирующей равновесие. Полукружные каналы и датчики, называемые отолитами, во внутреннем ухе кошки улавливают изменения её ускорения и положения относительно земли, побуждая её мышцы двигаться таким образом, чтобы помочь ей приземлиться верно на лапы. Интересно, что эксперименты 1950-х годов показали, что эта корректирующая реакция не просто заложена в кошках с рождения. Когда взрослых кошек и новорожденных котят перевозили на реактивных самолетах в условиях невесомости, котята не могли самостоятельно выпрямиться, но взрослые кошки это делали. Хатчинсон отметил, что поскольку отолиты сделаны из плотной кости, возможно, им необходимо полностью развиться, прежде чем животное сможет правильно выпрямиться, но пока учёные в этом не до конца уверены.

Однако высота падения также имеет значение. Исследования показали, что кошки приземляются с меньшим ударом, например, с высоты выше седьмого этажа, чем с более низких высот. В основном это происходит из-за сопротивления воздуха, которое замедляет движение тела кошки настолько, что она успевает перевернуться. Кроме того, согласно исследованию, опубликованному в журнале Annals of Improbable Research, кошки вряд ли способны правильно поворачиваться на расстоянии менее 1-2 футов (0,3-0,6 метра). (Владельцам кошек небезопасно намеренно бросать своих кошек, чтобы проверить их правильную реакцию; они могут пораниться, особенно если у них имеется вестибулярное заболевание.)

Исправляющие реакции присущи не только домашним кошкам. Многие дикие кошки демонстрируют такое же поведение, равно как крысы и кролики. Для кошек наиболее правдоподобным эволюционным объяснением является их склонность лазить по деревьям и другим местам высоко над землей. Для кроликов же эволюционной силой, вероятно, является хищничество. Например, когда ястреб пикирует к кролику горизонтально, кролик подпрыгивает вертикально, заставляя ястреба нащупывать кролика, сбивая его с линейного пути. Таким образом, кролик выработал способ приземляться вертикально и оставаться невредимым.

По словам Гбура, для поведения, которое учёные многие годы считали только инстинктом, ответом могут быть несколько методов.

«У нас это как бы встроено в ДНК — искать самое простое решение проблемы, но природа заботится только о наиболее эффективном решении, — сказал он. — Всё, что позволяет быстрее встать на ноги, лучше.»


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

Включить уведомления Да Спасибо, не надо