Чем крупнее животное, тем жестче его «обувь»
Если бы лапы тигра были устроены так же, как лапы мангуста, им пришлось бы быть размером с лапу бегемота, чтобы выдерживать вес крупной кошки. Но это не так.
Новое исследование ученых из Тайваня и Университета Дьюка показало, что механические свойства подушечек лап меняются предсказуемым образом с увеличением размера животного. Проще говоря, более крупным существам нужна более жесткая «обувь».
Доцент физики Национального университета Чжунсин Кай-Юн Чи провела серию калиброванных компрессионных тестов на подушечках лап хищников, включая собак, волков, домашних кошек, леопардов и гиен. Она измеряла относительную жесткость подушечек — степень их деформации под заданным сжатием.
Основная нагрузка при беге, ходьбе или стоянии приходится на подушкообразную подушечку в форме клевера позади четырех пальцев — метаподиально-фаланговую подушечку (m-p pad). Она состоит из карманов жировой ткани, разделенных перегородками из коллагена.
Анализ 47 видов хищников показал, что площадь их m-p подушечек не увеличивается с той же скоростью, что и размер тела. Однако жесткость подушечек увеличивается с размером, и именно это предотвращает непрактичность лап у более крупных животных.
Масса животного увеличивается в кубической зависимости от его размера, но лапы масштабируются иначе. Более ранние исследования показали, что нагрузка на длинные кости конечностей остается довольно постоянной у животных разного размера, отчасти из-за изменений в осанке. Но этого явно было недостаточно.
Исследователи также обнаружили, что у более крупных животных существует выраженная разница в жесткости между подушечками на передних и задних конечностях. У крупных животных задние подушечки относительно мягче, тогда как у мелких животных жесткость передних и задних примерно одинакова.
Чи предполагает, что более мягкие подушечки на задних лапах крупных животных могут помогать им восстанавливать часть энергии от каждого шага и обеспечивать дополнительный импульс для движения.
Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society, Interface. Работа поддержана Национальным научным фондом (NSF).