Страусы бегают быстро благодаря «пружинистым» сухожилиям

Исследователи из Австралии и США, изучая движение страусов, обнаружили, что эти крупные нелетающие птицы могут запасать в два раза больше упругой энергии в сухожилиях на каждый шаг, чем люди. Это значительно снижает усилие, необходимое мышцам, и позволяет страусу (а, возможно, и эму) бегать в два раза быстрее человека, расходуя при этом лишь половину энергии.

Целью исследования было выяснить, какие механические адаптации позволяют некоторым видам бегать быстро и эффективно. Хотя львы и гепарды могут обогнать страуса на коротких спринтах, они тратят много энергии, в то время как страусы, антилопы и лошади могут быстро бегать на длинные дистанции.

Существовало две гипотезы, объясняющие экономичный бег животных: 1) особо эффективная механика движения конечностей и 2) способность запасать больше упругой энергии в суставах.

Для проверки гипотез исследователи разместили отражающие маркеры на суставах пяти людей и пяти ручных страусов. Это позволило провести детальный анализ их походки и движений на специальной 50-метровой беговой дорожке, а также измерить силы, прилагаемые к земле во время бега. Страус был выбран вместо более лёгкого эму из-за схожей с человеком массы и потому, что это самая быстрая наземная птица.

Результаты показали, что и человеку, и страусу требуется почти одинаковый объём механической работы для движения конечностями при беге. Ключевое различие заключается в накоплении и высвобождении энергии сухожилиями. Расчёты показали, что высвобождение этой упругой энергии генерирует на 83% больше работы у страуса, чем у человека. Это означает, что страус тратит меньше метаболической энергии и меньше устаёт.

Результаты исследования, опубликованные в Journal of the Royal Society Interface, могут помочь инженерам в создании лучших протезов конечностей за счёт фокуса на упругом движении. Они также могут помочь робототехникам в разработке более проворных роботов и дать новое понимание эволюции двуногого передвижения.