Движение змей издавна завораживало людей: они изгибаются, используют боковой ход, ползут, даже летают.
🐍 Вместе с герпетологами исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) открыли и количественно оценили новый тип передвижения у молодых анаконд.
Взрослые особи этих крупных змей более известны своей медленной, неуклюжей походкой, но исследователи обнаружили, что молодые анаконды гораздо более резвые — способны к быстрому, однократному скользящему движению, 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 факультете искусств и наук, первая описала это своеобразное движение, используя математическую модель, которая количественно определяет, как именно змея его выполняет. Исследование опубликовано в Nature Physics.
«Это движение — аналог змеиного стиля «скольжения назад» — быстрое, грациозное скольжение, которое кажется противоречащим здравому смыслу», — сказал Махадеван. «Мы использовали наблюдения для создания математической основы, чтобы понять, при каких условиях возможны подобные движения и почему они теряются по мере взросления змеи, увеличения её веса и относительной потери силы».
Соавтор исследования, герпетолог из Миссури Брюс Янг, несколько лет назад впервые заметил, что молодые анаконды при лёгком толчке 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 нечто новое, связанное с другой биофизикой, чем то, что было описано у змей».
Янг никогда раньше не встречался с Махадеваном, но был его «большим поклонником», заявив: «У него такое мастерство в описании и моделировании формы и движения». Янг предложил Махадевану совместный анализ. Результатом стало исследование в Nature Physics, соавторами которого стали бывший аспирант Гарварда Николас Янг и исследователь 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 её относительной силы. Взрослая змея слишком тяжела, чтобы выполнить это движение, а новорождённая слишком сильна и склонна либо взлетать вверх, либо расплетаться. Молодая 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 ходе — непрерывном боковом движении, которое змеи используют для спуска по песчаным холмам. 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 точки зрения эволюции это переходное движение было взято и затем повторено, и это стало началом бокового хода», — сказал Махадеван.
В целом, полученные результаты позволяют по-новому взглянуть на то, как работает рефлекс S-старта у змей, и могут послужить основой для создания новых роботизированных систем или других инноваций.
Предоставлено:
[Гарвардская школа инженерии и прикладных наук](https://phys.org/partners/harvard-john-a–paulson-school-of-engineering-and-applied-sciences/)