Нервная система птиц и млекопитающих обеспечила им более плавную походку

Новое исследование, опубликованное в Journal of Experimental Biology 27 января, предполагает, что нейромышечные адаптации у млекопитающих и птиц могли позволить им стать более проворными, чем рептилии и амфибии.

Ведущий автор Майкл Гранатоски, доктор философии, доцент кафедры анатомии Нью-Йоркского института технологий, отмечает: «Это исследование может объяснить, почему у тигра походка намного плавнее, чем у крокодила, который тяжело переваливается и волочит брюхо».

Ключевое отличие — в рецепторах

У всех четвероногих животных (тетраподов) в мышцах есть небольшие рецепторы — органы сухожилий Гольджи. Они защищают мышцы от перегрузок во время движения. Однако их структура различается:

• У амфибий и рептилий эти рецепторы расположены свободно и дальше от мышечно-сухожильного перехода, что, вероятно, позволяет оценивать напряжение во всей мышце.
• У птиц и млекопитающих органы Гольджи инкапсулированы и расположены прямо у мышечно-сухожильного перехода. Это позволяет точно определять напряжение в конкретных участках мышцы, обеспечивая более контролируемое движение.

Анализ данных о движении

Гранатоски проанализировал обширные данные о движении 55 видов животных, собранные за 30 лет в зоопарках и исследовательских центрах. Для измерения распределения веса тела использовалась трёхмерная силовая платформа.

• Рептилии и амфибии: демонстрировали большой разброс в силе и характере каждого шага.
• Птицы и млекопитающие: делали очень последовательные, равномерные шаги.

Эволюционные последствия

Предсказуемая реакция на нагрузку даёт селективное преимущество: экономит энергию и позволяет быстрее восстанавливать равновесие после падения. Менее отзывчивая нервная система рептилий и амфибий, возможно, потребовала иной адаптации:

• Кости рептилий и амфибий выдерживают нагрузку, в десять раз превышающую их вес.
• Кости птиц и млекопитающих — лишь в два с половиной раза.

«Вполне возможно, что птицы и млекопитающие развили более лёгкие и энергоэффективные костные структуры, поскольку им больше не нужна тяжёлая защитная конструкция, требующая много энергии», — предполагает Гранатоски.

Дальнейшие исследования

Для проверки гипотезы учёный планирует изучить, сыграли ли органы Гольджи роль в эволюции плотности костей и энергозатрат. Также ведётся работа по созданию роботов, точно имитирующих походку животных, начиная с австралийской ящерицы синеязыкого сцинка — модели для изучения локомоции ранних тетраподов.