Способность кошек приземляться на лапы интриговала людей с давних времен. Что касается научного интереса к феномену, то он возник в конце XIX века — после опытов и хронофотографий французского физиолога Этьена‑Жюль Маре, которые впервые позволили покадрово увидеть, как тело кошки поворачивается в падении. Тогда физики и биологи стали систематически изучать и обсуждать механизмы, объясняющие явление. С тех пор в популярной и научной литературе сформировалось несколько основных гипотез.
Согласно первой гипотезе, которую называют «пропеллерный хвост», кошка вращает хвостом в одну сторону, заставляя тело поворачиваться в другую, что помогает ей приземляться на четыре лапы. Однако в последующих экспериментах выяснилось, что хвост играет вспомогательную, а не ключевую роль. Кошки без хвоста или с укороченным хвостом тоже успешно выполняли этот маневр.
Вторая гипотеза — «сгибание и скручивание» — предполагает, что животное резко сгибает тело, после чего передняя и задняя половины корпуса поворачиваются в противоположные стороны. Благодаря этому передние и задние лапы практически одновременно занимают правильное положение в воздухе.
Третья гипотеза — «группировка и поворот». Согласно этой идее, кошка действует поэтапно. Сначала вытягивает задние лапы и прижимает передние к груди, поворачивая переднюю часть корпуса. Затем, поменяв положение, она вытягивает передние конечности, поджимает задние и доворачивает таз. Так одна пара лап оказывается в нужном положении раньше другой.
Ученые долго спорили, какая из этих моделей верна. Им хотелось найти простое и элегантное объяснение, но природа, как всегда, оказалась хитрее.
Окончательно разобраться в вопросе попыталась команда японских исследователей под руководством Ясуо Хигураси (Yasuo Higurashi) из Университета Ямагути. Они провели два необычных эксперимента.
Сначала изучили позвоночники пяти умерших кошек: аккуратно скручивали разные участки позвоночника и измеряли, насколько сильно каждая часть способна поворачиваться без повреждений. Особое внимание уделили двум зонам: грудному отделу (середина спины) и поясничному отделу (область ближе к тазу).
Измеренный диапазон вращения грудного отдела позвоночника в среднем оказался примерно в три раза больше, чем диапазон поясничного отдела. Иными словами, грудной отдел позвоночника намного гибче поясничного, и эта гибкость позволяет кошке быстрее и легче поворачивать переднюю часть тела во время падения.
Затем ученые сняли на высокоскоростную камеру падение двух взрослых кошек с высоты одного метра и проанализировали последовательность движений животных. Запись позволила рассмотреть движения тела с точностью до миллисекунд.
Оказалось, передняя часть тела кошки поворачивалась на десятки миллисекунд раньше, чем задняя. То есть движение происходило последовательно, а не одновременно. Сперва кошка выравнивала передние лапы и только спустя десятки миллисекунд доворачивала задние. Этот трюк совершается очень быстро, поэтому со стороны кажется, что кошка переворачивается в воздухе всем телом.
Ранее многие специалисты отдавали предпочтение второй гипотезе («сгибание и скручивание»), предполагающей одновременный поворот частей тела. Однако результаты нового исследования показали, что в основе кошачьей акробатики лежит последовательный механизм, описываемый третьей гипотезой, — «группировка и поворот». Животное сначала группируется, затем поочередно разворачивает разные части тела, используя гибкость грудного отдела позвоночника.
Стоит отметить, что исследование имеет некоторые ограничения. Ученые наблюдали только двух живых кошек и снимали их падение с высоты один метр. Это не позволяет с полной уверенностью утверждать, что все кошки ведут себя одинаково при падении с разных высот или в разных условиях. Также эксперименты с умершими животными показывают лишь пределы гибкости позвоночника, но не учитывают активную работу мышц живой кошки в воздухе.
Во время экспериментов обнаружилась еще одна любопытная деталь. При падении обе кошки поворачивались вправо. Одна из них делала так всегда, другая — в шести случаях из восьми. Почему это происходит, пока неясно. Возможно, дело в асимметрии внутренних органов. Их расположение способно слегка смещать центр масс и облегчать поворот в определенную сторону.
Научная работа опубликована в журнале The Anatomical Record.