Ученые выяснили, зачем фламинго стоят на одной ноге

Если вы когда-нибудь видели, как спят фламинго, вы наверняка задавались вопросом, зачем этим необычным птицам спать на одной ноге. Как им удаётся сохранять равновесие и отдыхать в такой, казалось бы, не слишком удобной позе?

На самом деле спать стоя, да ещё на одной ноге, было бы тяжело человеку (кто занимается йогой – тот знает, как сложно сохранять равновесие в позе "дерево", особенно с закрытыми глазами). Но у фламинго всё обстоит иначе, а секрет кроется в другой нейромеханике. Это точка, в которой сходятся биомеханика, анатомия нейробиология.

Начиная работу по изучению физиологических особенностей сна фламинго, американские исследователи сперва проанализировали научную литературу и нашли несколько теорий, объясняющих особенности сна птиц. По одной из версий, всё дело в сохранении тепла и энергии, которые теряются при долгом стоянии в холодной воде.

Другая гипотеза заключается в том, что сон на одной ноге уменьшает мышечную усталость: пока одна нога отдыхает, другая поддерживает тело. Эта теория основана на идее, что стоять на двух ногах для птиц более утомительно, чем стоять поочередно на одной и затем на другой. Но практического обоснования эта теория не получила.

Но, что самое любопытное, ноги фламинго (как и других птиц) постоянно пребывают в состоянии "согнутых колен". Если вы попытаетесь простоять в таком положении хотя бы несколько минут, ваши мышцы начнут "гореть" (йогам это положение известно как поза "стул"). У птиц подобного не происходит, хотя, казалось бы, они должны тратить колоссальные усилия для поддержания веса собственного тела.

Биологам известно, что большинство животных развили собственные способы передвижения, которые сводят к минимуму количество расходуемой энергии. У пингвинов это знаменитая "маятниковая походка", у тараканов – подпрыгивания, у гиббонов – "ковыляние" и так далее.

Другие животные развили пассивные стабилизирующие механизмы, которые позволяют им спать стоя – к примеру, это можно наблюдать у лошадей. Летучие мыши и некоторые виды птиц развили пассивные механизмы схватывания, которые позволяют им спать, не опасаясь потерять свою хватку.

Зная это, учёные решили выяснить, полагаются ли фламинго в основном на подобные пассивные механизмы нейромеханики, или же их уникальная способность развилась благодаря активной деятельности нервной системы. Чтобы это узнать, изучать пришлось не только живых фламинго, но и мёртвых.

Мы считаем постоянный баланс тела само собой разумеющимся и даже не догадываемся о том, что это очень активный процесс. Нервная система постоянно ощущает движение тела в его нынешнем положении и вносит коррективы, активизируя различные группы мышц. Косвенным показателем этой активности нервной системы является величина постурального влияния – силы, которую мы применяем, когда стоим на земле на одной, двух или четырёх конечностях. Это влияние можно почувствовать особенно чётко, если встать с закрытыми глазами на движущуюся поверхность – тогда тело само начинает прикладывать усилия для сохранения равновесия.

Наблюдения за ними во время сна показали удивительно небольшое постуральное воздействие, которое птицы прилагали в состоянии покоя. Когда же пернатые просыпались и начинали, к примеру, чистить перья или ухаживать за родителями (опять же стоя на одной ноге), то сила постурального влияния увеличивалась до семи раз.

Всё дело в смене положения центра тяжести. Во время сна он совпадает с коленным суставом. Бедро при этом располагается горизонтально, и суставы как бы "запираются" в нужном положении. Нога, на которой стоит птица, идёт прямо от центра тяжести – такое положение помогает сохранять равновесие и не отвлекаться на мышечные усилия.

Более подробно изучить этот вопрос помогли исследования трупа фламинго. Его поставили на одну ногу, и мёртвая птица стабильно стояла в этом положении. Когда тело попробовали наклонить вперёд и назад на 45 градусов, конфигурация осталась стабильной, а колено удерживалось под прямым углом. Положение суставов позволяло им противостоять силе тяжести, однако легко перемещаться в других направлениях (то есть из такого положении живая птица легко может начать движение в случае необходимости).

Когда же фламинго попробовали поставить на две ноги, тело животного не удержалось: был нарушен баланс равновесия. То же самое произошло, когда птицу оставили на одной ноги, но перевели сустав в положение как при стоянии на двух ногах. Учёные полагают, что это происходит из-за механизма так называемого пассивного гравитационного стояния, который прекращает функционировать, когда птица переходит на обе ноги.

Поскольку у мёртвого животного не может быть никакой мышечной активности, получается, что "одноногие" позы поддерживаются исключительно за счёт суставов. Это объясняет, вопрос с энергозатратами: их вообще не происходит, поскольку мышцы не задействованы.

Эти результаты могут пригодиться инженерам и конструкторам, которые создают человекоподобных роботов, а также протезы конечностей и механизмы с моторизированными "суставами", уверены авторы работы.

Научную статью по итогам исследования можно прочитать в журнале Biology Letters.