Мышцы тут ни при чём: как кенгуру разгоняются, не тратя лишней энергии
Кенгуру давно считаются одними из самых выносливых прыгунов в животном мире, однако механизм их поразительной экономичности до недавнего времени оставался загадкой. Новое исследование показало, что секрет кроется не столько в мышцах, сколько в тонкой настройке позы и работе сухожилий. Эти животные способны разгоняться, практически не увеличивая расход энергии. Об этом сообщает Наука ТВ.
Почему кенгуру не устают на скорости
Команда исследователей из Университета Саншайн-Кост в Австралии выяснила, как кенгуру удаётся поддерживать высокую скорость прыжков без роста энергетических затрат. Работа, опубликованная в журнале eLife, основана на анализе биомеханики движения и показывает, что ключевую роль играет изменение положения задних конечностей по мере ускорения.
Учёные использовали трёхмерные модели, данные системы захвата движений и измерения силы реакции опоры — давления, с которым животное воздействует на землю при каждом прыжке. Такой комплексный подход уже применялся при изучении других форм передвижения животных, включая случаи, когда мелкие насекомые летают на большой высоте, несмотря на ограниченные энергетические ресурсы.
Разрушение старой теории
Ранее в биомеханике считалось, что увеличение скорости движения у животных неизбежно ведёт к росту энергозатрат. Для большинства видов это правило действительно работает, но кенгуру стали исключением. Наблюдения показали, что даже при быстром передвижении их энергетические расходы остаются практически на одном уровне.
Исследование подтвердило, что дело не в усиленной работе мышц, а в умении эффективно накапливать и возвращать энергию. Эту функцию берут на себя сухожилия, прежде всего ахиллово.
Роль позы и сухожилий
Главным открытием стало то, что на высоких скоростях кенгуру заметно сильнее сгибают задние конечности. Такая "приседающая" поза снижает механическую нагрузку на голеностопный сустав и одновременно увеличивает объём упругой энергии, запасаемой в ахилловом сухожилии.
Во время приземления сухожилие растягивается, накапливая энергию, а затем почти полностью возвращает её при следующем толчке. Благодаря этому объём работы в суставе и нагрузка на мышцы остаются стабильными вне зависимости от скорости прыжка. Подобные принципы распределения нагрузки и экономии энергии наблюдаются и в других биологических структурах, например когда прочность паутины зависит от пола паука.
"Мы обнаружили, что чем быстрее кенгуру прыгают, тем больше они приседают. Изменение позы и накопление энергии в голеностопном суставе позволяют кенгуру сохранять высокую энергоэффективность во время прыжков. Однако это также накладывает ограничения на максимальный размер, которого может достичь вид", — говорит ведущий автор исследования Кристофер Клементе.
Значение открытия
Результаты работы важны не только для понимания эволюции кенгуру. Они открывают новые перспективы в биомеханике и экофизиологии, а также могут быть полезны при разработке энергоэффективных протезов, роботов и систем передвижения, использующих принцип накопления и возврата упругой энергии.
Исследование показывает, что природа нашла изящное решение задачи экономии энергии, и иногда оно заключается не в силе, а в правильной геометрии движения.
