Почему мы скачем на лошадях, а не на кошках

У гепарда способность изгибать позвоночник поистине достигла высот совершенства. Во время бега его спина изгибается словно лук, сначала вверх, затем вниз. Когда средняя часть позвоночника выгнута вниз, передние ноги простираются далеко вперед, увеличивая общий размах конечностей. Когда передние ноги касаются земли, спина начинает сгибаться в противоположном направлении, то есть вверх, так что вперед теперь устремляются задние ноги.

Из-за большой гибкости позвоночника задние ноги касаются земли даже перед передними. Затем мышцы задних конечностей толкают животное вперед, а мышцы спины распрямляют позвоночник, после чего он снова начинает сгибаться вниз. Эти движения похожи на движения гребца во время олимпийских соревнований: сначала он наклоняется вперед, пока его руки почти не коснутся ног, затем выпрямляет спину и отталкивается назад своими сильными ногами.

Благодаря своему гибкому позвоночнику гепард развивает большую скорость, но, к счастью для нас, не все млекопитающие придерживаются именно такого способа передвижения. Если бы спина лошади во время движения изгибалась точно так же, как у гепарда, то скакать на ней было бы все равно что ездить на катапультируемом сиденье.

Лошади и другие копытные животные во время передвижения практически сохраняют горизонтальное положение позвоночника. В отличие от гепардов, они не приспособлены к быстрым забегам на короткие дистанции; в процессе эволюции они приспособились к продолжительной скачке на открытой местности. Гепард действительно бегает быстрее всех остальных животных, развивая скорость свыше 100 километров в час, но только на очень коротком расстоянии. Лошадь же может равномерно бежать несколько часов подряд. Этому способствует ряд особенностей ее тела.

Задняя конечность человека, собаки и лошади (в разном масштабе). Видны различные способы опоры о землю: полной стопой (человек), на цыпочках (собака и кошка) и на вытянутом пальце (лошадь).

Во-первых, ноги лошади удлинились, ее стопа вытянулась, а пятка поднялась очень высоко от земли. Многие млекопитающие, подобно ей, передвигаются постоянно на пальцах, но эволюция на этом не остановилось. Пальцы лошади тоже постепенно вытягивались, пока она не стала стоять на самых кончиках, словно балерина.

Вместе с удлиненными конечностями такая поза еще больше увеличивает длину шага и уменьшает затраты энергии на передвижение. То, что нам кажется коленом задней ноги у лошади, направленным назад, на самом деле является ее постоянно приподнятой пяткой, располагающейся примерно посередине ноги. Настоящее колено у лошади находится рядом с туловищем, и оно направлено вперед, как и следовало ожидать. То, что кажется коленом на передней ноге лошади, это на самом деле запястье. Настоящий локоть, как и у нас, направлен назад; он тоже располагается высоко рядом с туловищем.

Во-вторых, конечности лошади стали легче с утратой некоторых костей. На всех четырех ногах сохранился только один средний палец, а другие остались в рудиментарном состоянии. В стопе количество костей сократилось, а две кости голени превратились в одну. Уменьшение веса играет немалую роль в скорости, ведь каждый раз, как лошадь делает шаг, особенно во время бега, ей нужно поднять ногу и передвинуть ее вперед. Чем тяжелее нога, особенно в области стопы, тем больше усилий требуется для ее перемещения. Ногу же с малым весом поднимать и перемещать легче и быстрее.

В-третьих (но по той же причине), мощные и тяжелые мышцы ног располагаются не в районе костей, движениями которых они заведуют. У нас икроножные мышцы, которые бывают очень сильно развитыми, находятся ближе к концу наших ног, и во время ходьбы нам приходится каждый раз поднимать их. У лошади же все мощные мышцы расположены в верхней части ноги, в задней части туловища или в районе плеча. Эти мышцы связаны с нижними костями ноги легкими и прочными сухожилиями. Сокращаясь, мышцы натягивают сухожилия, и те, словно веревки, тянут кости ног. В результате лошадь с тонкими и легкими ногами может без устали непрерывно скакать на протяжении долгого времени.

Иногда сухожилия помогают совершать движения непосредственно благодаря своей природной упругости, и наиболее известное среди них – так называемое ахиллово сухожилие, идущее от пяточной кости. У кенгуру оно очень длинное, и его упругость помогает животному прыгать. Высота прыжка кенгуру зависит не столько от намеренного сокращения мышц, сколько от естественного сокращения сухожилий. Так кенгуру быстро передвигается без лишней траты энергии, подобно тому как человек на батуте высоко подпрыгивает не столько благодаря своим ногам, сколько благодаря пружинам.

Скорость и утрата пальцев

Ноги современной лошади стоят на кончиках третьих пальцев. Такое строение конечностей было у их предков уже примерно 5 миллионов лет назад, после того как те покинули леса и приспособились к жизни на равнинах.

Сокращение количества пальцев у носорога, хищного динозавра аллозавра, оленя и лошади (в разном масштабе).

У многих нынешних животных, особенно у копытных млекопитающих, пальцев меньше, чем у их далеких предков. Носороги передвигаются на трех пальцах, а коровы и олени на кончиках двух, хотя они выглядят как одно копыто, расщепленное пополам (эти животные называются парнокопытными). Сокращение количества пальцев наблюдается не только у млекопитающих. Тираннозавр и его многочисленные родственники ходили на трех пальцах, а среди птиц у нелетающего страуса остались только два пальца.

У наших предков не было необходимости развивать навыки быстрого бега по открытой местности. На протяжении почти всего своего развития они обитали в лесу, на деревьях. Как следствие, у нас сохранились все пальцы на ногах и руках; мы также до сих пор ходим, полностью опираясь на ступню. Среди немногих млекопитающих эти особенности сохранились, например у медведей.

Теплокровность

Мы как представители млекопитающих принадлежим к группе теплокровных животных. Теплокровность – это способность поддерживать постоянную внутреннюю температуру тела вне зависимости от температуры окружающей среды, так что теплокровных животных было бы точнее называть «животными с постоянной температурой тела». Эта особенность присуща млекопитающим и птицам. Рыбы, земноводные и пресмыкающиеся, которых называют хладнокровными, не столько обладают «холодной» кровью, сколько лишены механизмов терморегуляции. Температура их тела зависит от температуры окружающей среды; чтобы повысить интенсивность обмена веществ, им приходится полагаться на внешние источники тепла, например на тепло солнца. Это может подтвердить любой, кто видел, как черепаха с трудом тащится по английскому саду, а затем наблюдал за тем, как те же самые черепахи довольно шустро бегают в лучах тропического солнца. В настоящее время разводить черепах в Великобритании не рекомендуется, что, несомненно, пойдет только на пользу самим черепахам.

Преимущество теплокровности заключается в том, что животное сохраняет активность вне зависимости от температуры окружающей среды. Особенно это полезно для поиска пищи в вечернее и ночное время. Возможно, млекопитающие приобрели эту особенность, когда жили бок о бок с древними пресмыкающимися и были вынуждены осваивать новые ниши, в частности ночной образ жизни, ведь ночью ящеры становились менее подвижными.

Недостаток же теплокровности заключается в том, что животное тратит много энергии на поддержание постоянной температуры тела. Следовательно, ему необходимо регулярно питаться, даже если оно не ведет активного образа жизни. Змея может есть раз в месяц, а большинство млекопитающих и птиц без еды погибают через несколько дней.

Кроме того, теплокровное животное должно поддерживать температуру тела даже во время активных физических нагрузок (когда оно, например, бегает или прыгает с ветки на ветку) или во время жары. Многие млекопитающие решили эту проблему с помощью потовых желез в коже. Эти железы выделяют жидкость, которая испаряется и тем самым понижает температуру организма. Тепло также теряется при выдыхании через рот и нос – вот почему многие млекопитающие так тяжело дышат, когда им жарко. Разные млекопитающие потеют и дышат с разной интенсивностью. У собак потовые железы расположены только на подушечках пальцев, поэтому животные высовывают длинный язык из пасти и часто дышат. При высокой температуре окружающей среды дыхание учащается и у нас, но основные излишки тепла помогают вывести потовые железы. Если тело обдувает ветер, то процесс испарения ускоряется – вот почему нам нравится обдувать себя веером во время жары. Конечно, мы также можем снять с себя лишнюю одежду, что недоступно другим млекопитающим.