Что перепела могут рассказать о походке динозавров

Ученые-биомеханики и зоологи из Йенского университета (Германия) исследуют походку птиц. В журнале Proceedings of the Royal Society B команда опубликовала первый детальный анализ двуногой походки перепелов. Ученые проанализировали, как поза птиц влияет на движение их ног и на устойчивость при ходьбе.

Динозавры делали это. Люди и обезьяны делают это. И даже птицы делают это. Они ходят на двух ногах. И хотя люди занимают особое положение среди млекопитающих, прямохождение не является исключительно человеческой чертой. В ходе эволюции многие животные развили двуногую походку.

«Птицы также двигаются вперед на двух ногах, хотя используют совершенно другую технику, чем мы, люди», — говорит доктор Эмануэль Андрада из Йенского университета. Люди обычно держат верхнюю часть тела в вертикальном положении, а центр тяжести тела находится прямо над ногами. Тела птиц, напротив, ориентированы горизонтально вперед, что на первый взгляд кажется неудобным. Ученые проанализировали, как эта поза влияет на движение их ног и на устойчивость при ходьбе.

Для этого команда заставила перепелов ходить через высокоскоростную рентгеновскую установку с разной скоростью. Пока установка тщательно отслеживала движения животных, ученые могли измерять силы, действующие в их ногах. На основе этих данных исследователи создали компьютерную модель всей последовательности движений, которая послужила для симуляции и анализа устойчивости и энергетического баланса при разных типах походки.

Как выяснилось, при быстром движении птицы используют стиль «бега с постоянным контактом» (grounded running), при котором по крайней мере одна нога всегда касается земли. «Даже при быстром беге короткие фазы полета между отдельными шагами возникают очень редко», — объясняет профессор Рейнхард Бликхан. Но это крайне энергозатратно для животных, потому что из-за горизонтальной позы центр тяжести тела находится явно впереди их ног. «Животные должны постоянно балансировать, чтобы не упасть вперед», — говорит Бликхан.

Однако, как обнаружили исследователи с помощью своей компьютерной модели, эти огромные усилия того стоят. «В отличие от ног человека, которые накапливают энергию, как две пружины, и используют ее для движения вперед, ноги птиц дополнительно работают как амортизаторы». Чтобы предотвратить падение вперед или постоянное ускорение, птицам, по сути, приходится постоянно тормозить. Это происходит, когда нога птицы работает как пружинный амортизатор: энергия при этом изымается из ноги, но ее количество равно энергии, вложенной в бедро для стабилизации туловища через вращательный момент.

«Эта кажущаяся трата энергии — цена за очень устойчивую позу во время передвижения, особенно по неровной местности», — резюмирует Бликхан.

Получив эти новые результаты, исследователи ожидают интересных перспектив. Они также хотят протестировать походку других птиц с помощью разработанной компьютерной модели. И ученые даже хотят проанализировать локомоцию динозавров — прямых предков современных птиц. «Пока неясно, как действительно передвигались двуногие виды, такие как аллозавр или тираннозавр рекс», — говорит доктор Андрада. Но сейчас предполагается, что они тоже бегали с горизонтально выдвинутым вперед туловищем — из-за биомеханических преимуществ.