Вы наверняка помните сцену из «Гарри Поттера и философского камня», где Гарри случайно выпускает из зоопарка удава. Змея изящно выскальзывает из своего вольера как будто по волшебству. Но в движении змей нет ничего сверхъестественного. Как же они перемещаются без ног?
Координация мышц
Биолог и доцент кафедры экологии, эволюции и биологии организмов Университета Брауна Джессика Тингл рассказывает, что змеи двигаются, координируя сотни, а иногда и многие сотни мышц, которые соединяются с их позвонками (отдельными костями, из которых состоит позвоночник), рёбрами и кожей. Проще говоря, когда змея движется, она делает полноценную тренировку всего тела.
Как змеи скользят
Не только мышцы позволяют змеям двигаться так, как они это делают. Их кожа также играет роль. «У большинства змей на брюшных чешуйках есть невидимые для нас выступы, похожие на пальцы», — говорит Тингл. Они создают необходимое трение, чтобы змеи могли плавно скользить вперёд, не скользя назад или вбок.
Когда большинство людей представляют змею в движении, они представляют классическое S-образное скольжение. Биологи называют это «боковым изгибом» (lateral undulation). Все около 4000 существующих видов змей могут двигаться таким образом, говорит Тингл. На неровных поверхностях их тела могут подниматься и опускаться, чтобы преодолевать неровности (это называется «вертикальным изгибом»). Но скольжение — это лишь один из инструментов в их арсенале движений.
Змеи могут двигаться как гармошка
«Помимо скольжения, у них есть по крайней мере десяток или около того других способов передвижения», — говорит Тингл. «Большинство из них могут выполнять класс движений, называемых концертино, которые включают в себя многократное сжатие и вытягивание тела, как у аккордеона».
Змеи могут использовать эту технику концертино, чтобы протиснуться через узкий туннель, забраться на ствол или пробраться по ветке, объясняет она.
Некоторые змеи могут двигаться боком или по прямой
Некоторые виды змей используют другие причудливые техники передвижения, такие как прямолинейное и боковое движение, говорит Тингл. В прямолинейном движении змея держит позвоночник прямо и использует мышцы живота, чтобы ползти вперёд по прямой линии. Это полезный способ передвижения змей в ограниченном пространстве.
При боковом движении змеи поднимают части своего тела вверх и вперёд, перемещаясь более или менее боком. Гадюка-бородавчатка (Crotalus cerastes) и гадюка Перингуэя (Bitis peringueyi) могут развивать скорость до 18 миль в час.
Змеи могут плавать, летать и даже кувыркаться
«Змеи также умеют хорошо плавать, а некоторые из них — отличные землекопы», — говорит она. «Кроме того, некоторые виды делают разные странные вещи, например, планируют между высокими деревьями в тропическом лесу».
Змеи из группы Chrysopelea известны как летающие змеи. Они используют специальную технику, которая включает в себя сплющивание своего тела перед прыжком и извивание телом в воздухе, чтобы плавно скользить.
Змеи на Гуаме используют «ловчее движение», чтобы пробираться вверх по гладким столбам. Змея обвивает своё тело в форме лассо, хватаясь за столб, и использует небольшие боковые изгибы внутри петли, чтобы перемещать своё тело вверх, что позволяет ей доставать добычу на деревьях — возможно, это объясняет, почему эти змеи привели к исчезновению десяти местных видов птиц.
Два вида из Юго-Восточной Азии (Xenophidion schaeferi и Pseudorabdion longiceps) были замечены кувыркающимися. Да, буквально катящимися, как колесо. Исследователи предполагают, что они могут делать это, чтобы напугать и сбить с толку хищников.
Как змеи атакуют добычу
Помимо движений, которые переносят змей из точки А в точку Б, есть ещё одна форма движения, которую змеи используют, когда голодны или находятся под угрозой: бросок. Бросок начинается с того, что змея плотно сворачивается, а затем молниеносно выбрасывает голову вперёд.
Исследование 2016 года показало, что гремучие змеи и другие виды наносят удар за 48–84 миллисекунды. Для сравнения, человеку требуется около 200 миллисекунд, чтобы моргнуть, а млекопитающим — от 60 до 395 миллисекунд, чтобы начать двигаться, когда они удивлены. Другими словами, змеи наносят удар быстрее, чем жертва может среагировать.
Змеиные роботы тоже могут скользить
Движение змей также является источником вдохновения для учёных. Инженеры работают над змееподобными роботами уже около 30 лет, говорит Тингл. «Такой робот мог бы отлично подходить для передвижения по загромождённым, неровным или песчаным поверхностям, где колесный или шагающий робот застрянет».
Например, робот-змея, разработанный в ETH Zürich, может проникать в замкнутые пространства, недоступные для людей, собак, дронов и традиционных роботов, позволяя ему пробираться сквозь обломки в разрушенном здании, пока он не найдёт и не поможет людям, оказавшимся внутри.
«На данный момент змееподобные роботы и близко не приблизились к возможностям настоящих змей», — говорит Тингл. «Узнавая больше о науке, стоящей за движением настоящих змей, мы можем узнать некоторые важные принципы для улучшения роботов».
Даже змеиная кожа может вдохновить на создание новых материалов, отмечает она, «поскольку она многофункциональна и обладает интересными свойствами, но пока люди практически не использовали этот потенциал».
Эволюция подарила змеям впечатляющие способы передвижения, и учёные только начинают разгадывать — и заимствовать — их удивительный репертуар.