Простая модель объясняет, почему разные четвероногие животные используют сходные походки

Большинство млекопитающих ходят шагом на низких скоростях и переходят на бег или рысь на средних скоростях, потому что эти стратегии движения являются энергетически оптимальными. К такому выводу пришло исследование, опубликованное в PLOS Computational Biology.

При свободном передвижении с заданной скоростью особи четвероногих видов обычно выбирают общую походку, которая редко бывает уникальной только для этого вида. За редким исключением, млекопитающие выбирают шаг на низких скоростях, бег рысью на средних и галоп на высоких скоростях. Эта последовательность удивительна, учитывая множество возможных альтернатив.

В новом исследовании учёные решили выяснить, почему четвероногие млекопитающие двигаются столь предсказуемо. Для этого они определили энергетически оптимальные походки с помощью простой вычислительной модели четвероногого животного.

Ключевые выводы модели:

• Модель может использовать практически любой (с точки зрения физики) паттерн движения, но в качестве энергетически оптимальных выбирает именно те стратегии, которые наблюдаются в природе.
• Результаты моделирования сравнивались с эмпирическими данными по собакам, но, как ожидается, они применимы и к другим четвероногим млекопитающим.
• Сходство между предсказаниями модели и естественным движением животных поразительно. Это говорит о том, что млекопитающие используют стратегии движения, оптимизирующие расход энергии.

Цитата исследователя: «Мы не говорили компьютеру, какую походку выбрать, но он всё равно нашёл естественные аллюры. Было сюрреалистично просто ввести в программу некоторые законы физики, нажать "пуск" и увидеть, как она "решает" ходить, как собака», — говорит Делайл Полет.

В частности, результаты свидетельствуют о глобальной оптимальности шага на низких скоростях и бега или рыси на средних скоростях, по крайней мере, для собакообразной морфологии. Это сильно указывает на то, что данные походки являются глобально оптимальными стратегиями для соответствующих скоростей.