Как козы лазают по горам и не падают?
Кто такие снежные козы
Снежные козы — горные животные, обитающие преимущественно в Канаде и северных штатах США, то есть на севере Северной Америки. Это настоящие мастера скалолазания: они способны прыгать не только по отвесным скалам, но и перепрыгивать со стенки на стенку, буквально впиваясь всеми четырьмя ногами в поверхность, на которую приземляются.
Первое биомеханическое исследование
Снежные козы способны взбираться по почти вертикальным склонам так, будто гравитация на них не действует. Долгое время это объясняли наблюдениями и предположениями, но лишь ученые Райан Льюинсон и Даррен Стефанишин из Университета Калгари впервые проанализировали движения горной козы с точки зрения биомеханики. Исследование было опубликовано в журнале ScienceDirect.
Как проходило исследование
В основу работы легла видеозапись подъема горной козы по склону крутизной 45°, сделанная в Канадских Скалистых горах. До этого исследования существовали лишь описательные наблюдения за поведением коз в дикой природе, но никто не разбирал их движения покадрово, чтобы понять механику происходящего. Ученые выдвинули гипотезу, что успешный подъем определяется не одним фактором, а слаженной работой всего тела — от задних ног до плечевого пояса.
Две фазы одного прыжка
Авторы выделили в цикле движения козы две ключевые фазы.
Фаза отталкивания. Задняя нога разгибается, создавая мощный толчок вверх и вперед, а передняя в этот момент прижимается близко к туловищу, компактно, без лишних свисающих движений, которые могли бы сбить равновесие.
Фаза подтягивания. Задняя нога подтягивается к телу, а плечевая кость передней конечности, словно фиксируется в одном положении относительно туловища. Это позволяет локтевому суставу оставаться в непосредственной близости к общему центру массы животного — ключевому параметру, от которого зависит устойчивость всей системы. Именно разгибание локтевого и запястного суставов обеспечивает вертикальное перемещение центра массы вверх по склону.
Почему это работает
Главный вывод исследования: коза не просто «прыгает по камням». Она удерживает центр тяжести своего тела как можно ближе к точке опоры на всех этапах движения. Передняя нога в этот момент выполняет функцию не только опоры, но и своеобразного рычага, который стабилизирует корпус, пока задние конечности генерируют импульс для движения вверх. Такая координация исключает резкие рывки и непредсказуемые смещения веса, то есть именно то, что могло бы привести к потере равновесия на узком скальном выступе.
Ученые также обращают внимание на анатомические особенности снежной козы, отличающие ее, например, от толсторогого барана: у нее заметно ниже расположена грудная клетка, а площадь опоры копыта больше. Такое строение снижает высоту центра массы животного относительно земли и увеличивает контакт с поверхностью. Оба фактора напрямую работают на устойчивость при движении по крутым склонам.
Что это дало науке дальше
Работа оказалась на удивление востребованной за пределами зоологии.
Ее впоследствии цитировали в исследованиях о морфологии копыт домашних коз и баранов, в сравнительной анатомии других горных млекопитающих, например, патагонского оленя уэмула, а также в разработках робототехников, которые проектируют «конечности» для шагающих роботов, вдохновляясь именно устройством стопы горной козы. Специалисты по биомиметике отмечают: если понять, как животное распределяет вес и стабилизирует центр массы на резко наклонной поверхности, эти принципы можно перенести в инженерию — от протезов до вездеходных роботов для сложной пересеченной местности.
Так один видеоролик, снятый в Скалистых горах, положил начало целому направлению исследований — от эволюционной биологии до конструирования шагающих механизмов.
