Почему кошки всегда приземляются на лапы?

Когда кошки падают, они переворачиваются лапами вниз, казалось бы, без особых усилий, что десятилетиями ставило ученых в тупик. Наши кошачьи друзья, похоже, бросают вызов законам физики, перестраиваясь в воздухе без вмешательства какой-либо другой силы. Так как же они это делают?

Если коротко, тут в игру вступают две основные силы: физика и неврология.

"Одна из причин, по которой физики удивлены тем, что кошки всегда приземляются на лапы, - это сохранение углового момента", - говорит Грег Гбур, физик из Университета Северной Каролины (США). Если что-то вращается по часовой стрелке, что-то еще должно вращаться против часовой стрелки.

Представьте кошку, падающую из неподвижного перевернутого положения. Сгибаясь в пояснице, кошка может поворачивать переднюю половину своего тела в одном направлении, а заднюю - в противоположном. К тому времени, когда она разворачивается в пояснице, кошка оказывается правильной стороной вверх. Гбур назвал это моделью "изгиба и скручивания" в своей книге "Падающие кошки и фундаментальная физика" (Издательство Йельского университета, 2019).

Но существуют и другие техники, которые помогают кошкам выровняться в воздухе. При методе "подтяни и повернись" кошка вытягивает передние лапы и поджимает задние, придавая задней стороне меньший момент инерции, что означает меньшее сопротивление изменениям вращательного движения. Затем они делают обратное, поджимая передние лапы и вытягивая задние. Эффект, подобный вращению фигуриста: широко разведенные руки увеличивают момент инерции, в то время как прижатые руки к телу уменьшают его. Это обратно пропорционально скорости. По мере увеличения инерции, скорость снижается, и наоборот. Кошки также могут использовать метод, который Гбур называл "хвостом пропеллера", который работает аналогично.

Когда хвост вращается в одном направлении, тело может вращаться в другом.

Такие искривления возможны благодаря гибкой поясничной области кошек, объясняет Джон Хатчинсон, профессор эволюционной биомеханики Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета. У кошек тонкие позвонки, что делает их более гибкими, чем других четвероногих позвоночных.

Эта способность приземляться на лапы также имеет нейроанатомическое объяснение: рефлекс выпрямления. В отличие от простого рефлекса, такого как толчок коленом, выпрямление у животных - сложный рефлекс.

Выпрямление - это поведенческая реакция на силу тяжести, которая зависит от вестибулярной системы, которая контролирует равновесие. Полукружные каналы и датчики, называемые отолитами, во внутреннем ухе кошки обнаруживают изменения в ее положении относительно земли, побуждая ее мышцы двигаться таким образом, чтобы помочь приземлиться на лапы. Интересно, что эксперименты 1950-х годов показали, что эта реакция не заложена от рождения. Когда взрослых кошек и новорожденных котят перевозили на реактивных самолетах в условиях невесомости, котята не могли самостоятельно выпрямиться, но взрослые кошки это делали. Поскольку отолиты состоят из плотной кости, возможно, им необходимо полностью развиться, прежде чем животное сможет правильно выпрямиться, но ученые не до конца уверены.

Высота падения также имеет значение. Чем выше, тем больше шансов, что кошка успеет перевернуться на лапы. Экспериментально было установлено, что у кошки мало шансов упасть лапами вниз, если она падает с высоты менее 0,6 метра (не проверяйте это на своих пушистых любимцах!).

Реакции на выпрямление присущи не только домашним кошкам. Многие дикие кошки демонстрируют такое же поведение, а также крысы и кролики. Для кошек наиболее правдоподобным эволюционным объяснением является их склонность лазать по деревьям и другим местам высоко над землей.