Рассчитан максимальный вес для прыжковой формы галопа
Вес в 200-300 кг является верхним пределом для прыжковой формы галопа у животных. К такому выводу пришли специалисты подведомственных Минобрнауки России Института проблем экологии и эволюции (ИПЭЭ) им. А.Н. Северцова РАН и Палеонтологического института РАН, изучив подвижность пояснично-крестцового сустава у представителей 10 современных семейств парнокопытных.
«Наши исследования показали, что возможности использования некоторых форм бега ограничены размерами. При увеличении размеров тела парнокопытные переходят к более экономичным формам галопа, таким, как полутяжелая форма бега, характерная для современных бычьих. Эти формы бега характеризуются заметным понижением подвижности поясничного отдела спины. Такое понижение связано с аллометрическим (непропорциональным) ростом животных.
При изменении размеров без смены пропорций размеры тела увеличиваются линейно, а вес тела растет кубически. Так, при увеличении линейных размеров вдвое вес тела увеличится в восемь раз. При этом мышцы такого теоретического животного оказываются слишком слабыми для его нового тяжелого тела (поскольку силу мышц определяет их поперечное сечение, которое выросло в квадрате, а не в кубе). Потому крупные животные имеют иные пропорции, чем их более мелкие родственники. Их конечности становятся относительно более короткими, углы между суставами — более тупыми, сокращается относительная длина и, как следствие, амплитуда сокращения мускульных волокон. Из-за этого уменьшается амплитуда движения в суставах конечностей. В результате снижаются частота циклов и амплитуда вертикальных колебаний тела во время бега», — сообщил младший научный сотрудник ИПЭЭ РАН Руслан Беляев.
Парнокопытные с наиболее подвижным и наименее подвижным пояснично-крестцовым суставом в сагиттальной плоскости
Форма галопа, которую использует животное, определяет амплитуду подвижности в пояснично-крестцовом суставе. Существует два способа увеличить скорость бега: увеличение частоты или длины шагов. В обоих случаях парнокопытные способны достигать впечатляющей максимальной скорости в 70-90 км/ч.
По словам зоологов, подвижность в пояснично-крестцовом суставе существенно отличается у копытных одного размерного класса в зависимости от формы используемого галопа. У видов, адаптированных к прыжково-скоростной форме бега, подвижность в пояснично-крестцовом суставе в среднем в полтора раза выше, чем у видов, адаптированных к скоростной форме.
Таким образом, более амплитудная прыжково-скоростная форма бега требует от копытных не только повышенной по сравнению со скоростной формой подвижности в суставах конечностей, но и более высокой подвижностью поясницы и пояснично-крестцового сустава. Совместное разгибание конечностей и поясницы позволяет видам, адаптированным к этой форме бега, преодолевать за каждый прыжок расстояние до 10 метров.
Ученые также выяснили, что для наиболее крупных копытных характерно сокращение подвижности суставов на всем протяжении позвоночника. Это касается и пояснично-крестцового сустава. Что интересно, его амплитуда у крупных копытных практически не отличается от амплитуды в суставах собственно поясницы. Таким образом, его подвижность сокращается сильнее, чем в других суставах. Ученые предположили, что особая роль пояснично-крестцового сустава, которую он играет при использовании копытными прыжковых аллюров, полностью утрачивается при увеличении размеров и переходе на другие формы галопа.
При экстремальном увеличении размеров копытные могут и вовсе отказываться от галопа, как это делают гиппопотамы, которые в качестве основного наземного аллюра используют рысь, или даже потерять способность к передвижению без постоянной опоры на землю, как это происходит у слонов.
Работа выполнялась при поддержке Российского научного фонда. Результаты опубликованы в Journal of Anatomy.
