Движение змей издавна завораживало людей: они извиваются, ползут боком, ползают, даже летают.
Вместе с герпетологами исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS) обнаружили и количественно описали новый тип движения у молодых анаконд.
Взрослые особи этих крупных змей более известны своей медленной, неуклюжей походкой, но исследователи выяснили, что молодые анаконды гораздо более резвые — они способны на быстрое, разовое скользящее движение, которое исследователи назвали «S-старт» из-за формы, которую змея делает своим телом.
Команда под руководством профессора SEAS Л. Махадевана, профессора прикладной математики, физики и организменной и эволюционной биологии в SEAS и на факультете искусств и наук, первая описала это своеобразное движение, используя математическую модель, которая количественно определяет, как именно змея его выполняет. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
«Это движение — аналог змеиного движения «наоборот» — быстрое, грациозное скольжение, которое кажется противоречащим здравому смыслу», — сказал Махадеван. «Мы использовали наблюдения, чтобы создать математическую модель, чтобы понять, при каких условиях возможны подобные движения и почему они теряются, когда змея становится старше, тяжелее и относительно менее сильной».
Соавтор исследования, герпетолог из Миссури Брюс Янг, несколько лет назад впервые заметил, что молодые анаконды при лёгком подталкивании проявляли то, что он мог описать только как рефлекс испуга.
«Это поведение включало не только формирование тела в очень характерную форму и перемещение с помощью ранее не описанного у змей способа передвижения, но и поразительно быструю скорость», — сказал Янг, отметив, что анаконды известны своей массой и силой, но не скоростью. «Мне было ясно, что это что-то новое, связанное с другой биофизикой, чем то, что описывалось у змей».
Янг, который на тот момент никогда не встречался с Махадеваном, но был его «большим поклонником», предложил Махадевану провести совместный анализ. Результатом стало исследование в Nature Physics, соавторами которого стали бывший аспирант Гарварда Николас Янг и исследователь из Индийского технологического института в Бомбее Рагху Челаккот, разработавший вычислительную модель для количественной оценки движения, а также Маттиа Гаццола из Университета Иллинойса.
В своём вычислительном анализе, подкреплённом экспериментом и наблюдениями, гарвардские исследователи обнаружили, что S-старт присутствует в «зоне Златовласки» веса анаконды и относительной силы. Взрослая змея слишком тяжела, чтобы выполнить это движение, а новорождённая змея слишком сильна и склонна либо взлетать вверх, либо расплетаться. Юная анаконда обладает именно теми физическими характеристиками, которые необходимы для выполнения S-старта, при котором она не взлетает с земли и не преодолевается трением о землю.
Описывая S-старт, команда Махадевана помогла исправить неверные представления о более известном боковом движении — непрерывном боковом движении змей, которые используют его, чтобы скатываться с песчаных холмов. В своём анализе они обнаружили, что S-старты являются «неплоскими», то есть некоторые сегменты змеи находятся вне земли, почти как если бы змея шла.
«Мы поняли, что боковое движение очень похоже на это S-движение, поскольку оно состоит из повторяющихся S-стартов», — сказал Махадеван. «Возможно, с эволюционной точки зрения это переходное движение было взято и затем повторено, и это стало началом бокового движения», — сказал Махадеван.
В целом, полученные результаты дают новое представление о том, как работает рефлекс S-старта у змей, и могут послужить основой для создания новых роботизированных систем или других инноваций.
Предоставлено:
Гарвардская школа инженерных и прикладных наук (SEAS)