Собаки в движении

Как бежит собака? До сих пор даже экспертам было почти невозможно ответить на этот простой вопрос. «Мы просто не знали», — говорит профессор д-р Мартин С. Фишер из Университета имени Фридриха Шиллера в Йене (Германия). Конечно, собака движется на четырех ногах, иноходью, рысью или галопом. Но до сих пор даже йенский ученый мог лишь предполагать точную последовательность движений в локомоторной системе.

Причина: «До сих пор научные исследования в основном ограничивались движением больных животных или отдельными аспектами локомоции», — говорит Фишер, профессор систематической зоологии и эволюционной биологии. Чтобы это изменить, профессор Фишер и его команда начали в 2006 году всестороннее исследование локомоции здоровых собак и теперь представили результаты.

С огромными техническими усилиями ученые измерили, задокументировали и сравнили последовательности движений 327 собак 32 различных пород. Собак снимали двумя высокоскоростными камерами в разных аллюрах спереди и сбоку. «Кроме того, мы проанализировали движения в трехмерном пространстве», — объясняет д-р Карин Лили. Для этого зоолог приклеивала на кожу животных светоотражающие маркеры и снимала их движения инфракрасными камерами. Те посылали короткие вспышки и регистрировали их отражение. В эти анализы вошло до 1000 изображений в секунду. «Поскольку отражения записывались несколькими камерами, мы могли оценить положение маркеров в пространстве по данным», — продолжает д-р Лили. Дополнительно движения собак записывались высокоскоростной рентгеновской видео-системой. Университетский институт систематической зоологии и эволюционной биологии, частью которого является и Филетический музей, обладает одной из самых современных и эффективных систем такого типа. «Благодаря сочетанию этих трех методов данные о движении собак теперь доступны с невиданной ранее точностью», — говорит Фишер.

Многочисленные экспонаты и препараты скелетов в современных школьных учебниках и музеях показывают, насколько отрывочными и в некоторых аспектах принципиально неверными были до сих пор знания о локомоторной системе: экспонаты располагают тазобедренный и плечевой суставы животных на одном уровне. «Однако это подразумевает, что эти два сустава соотносятся друг с другом и являются центром вращения при движении — что неверно, как мы теперь смогли доказать с помощью наших анализов», — отмечает профессор Фишер. Согласно исследованию, в ходе эволюции из конечностей развились ноги, каждая с тремя — ранее двумя — сегментами. «И так лопатка добавляется к передним ногам как сегмент, близкий к телу, в то время как средняя часть стопы задней ноги перестраивается», — объясняет эволюционный биолог Фишер. Таким образом, соотносятся не бедро и плечо, а голень и предплечье, а лопатка и бедро, плечо и голень, предплечье и средняя часть стопы. Центром вращения передних ног является лопатка, которая соединена со скелетом только через мускулатуру. Собственно плечевой сустав остается почти неподвижным в процессе движения собак.

«Эти открытия изменят академическое преподавание», — убежден профессор Фишер. Для этого зоологи представляют обширный материал со своими научными результатами: с помощью высокоточных рентгеновских и позиционных данных ученые анимировали последовательность движений в видеовидео-последовательности. Таким образом, можно не только рассмотреть скелеты собак со всех сторон, но и детально изучить соответствующие модели мускулатуры и активности в зависимости от аллюра и фазы движения. «В отличие от предыдущих анимаций, наши видеопоследовательности основаны на точных измерениях. Этим мы задаем новые стандарты», — считает Фишер.

Йенское исследование дает еще одно удивительное представление о локомоции собак, касающееся пропорций передних ног исследованных пород. Они были почти идентичны у всех пород собак — хотя, по словам Фишера, «ясно, что плечо цвергшнауцера короче, чем у немецкого дога». Относительно общей длины передней ноги его длина всегда составляет ровно 27 процентов. В то время как относительная длина лопатки варьируется от 24 до 34 процентов. «Лопатка коротконогих собак относительно длинная, а у борзых — относительно короткая. Но длина плеча всегда остается одинаковой».

Более того, зоологи обязаны открытием, что лопатка и предплечье, а также бедро и средняя часть стопы движутся согласованно — как будто связанные, — рентгеновскому обзору. «Если предплечье находится в вертикальном положении, то лопатка будет в таком же положении», — объясняет йенский ученый. В своей последовательности движений этот принцип «пантографной ноги» сильно зависит от длины промежуточного сегмента. «А это плечо, которое у каждой собаки имеет одинаковую длину». Из этого можно сделать вывод, что все собаки бегают очень похоже, независимо от того, весят они два или восемьдесят килограммов.

Йенские зоологи собрали свою обширную коллекцию данных и изображений в богато иллюстрированной публикации. Недавно вышедший том «Собаки в движении» адресован не исключительно ученым. «Мы явно хотим охватить всех владельцев собак и людей, которые вообще любят собак», — подчеркивает профессор Фишер. В тесном сотрудничестве с двумя иллюстраторами для книги было создано более 100 изображений, а также собственный визуальный язык. К книге прилагается DVD с обширными видеоматериалами, содержащими высокоскоростные видео выбранных чистопородных собак, рентгеновские фильмы и множество анимаций.