Походка кость бережет

Животные бывают крупные и мелкие и весят, соответственно, по-разному. Чем тяжелее позвоночное,тем массивнее его скелет, особенно ноги — тонкие кости не выдержат большого веса и треснут. Компенсировать нагрузку на кость можно не только толщиной конечностей, но и их правильной постановкой. Лапы млекопитающих подведены под тело, которое опирается на них, как на колонны. А вот крокодилы и ящерицы, даже самые крупные, такой опоры лишены из-за особенностей строения скелета. У рептилий бедренная и плечевая кости направлены перпендикулярно туловищу и параллельно земле, и конечность изгибается вниз в локте или колене. Тело животного оказывается как бы подвешено между лапами; чтобы удержать его в таком положении, нужны изрядные мускульные усилия, поэтому рептилии при любой возможности ложатся пузом на грунт. Но иногда нужно встать и идти. И тогда ящерицы оказываются в положении отжимания на растопыренных лапах, что тяжело и неудобно, особенно для крупного существа. А при ходьбе мышцы выкручивают бедренные и плечевые кости, которые из-за этого испытывают нагрузки большие, чем у млекопитающих сходного размера. Следовательно, диаметр костей конечностей рептилий должен по мере возрастания массы увеличиваться больше, чем у млекопитающих. Но оказалось, что умощнение скелета ящериц не полностью компенсирует нагрузки, вызванные большой массой. Недостаточную толщину костей ящерицы компенсируют особой походкой.

Это исследование провели австралийские ученые, а основная работа выпала на долю аспиранта Кристофера Клемента (Christofer Clemente), приехавшего в Университет Западной Австралии (University of Western Australia) из Гарварда. Это ему пришлось ловить в буше представителей 11 видов варанов, от крошечного пустынного варана Varanus eremius массой всего 40 г до увесистого пестрого варана V. varius (8 кг), везти в лабораторию и выпускать на специально сооруженный «ипподром». Походку ящериц фиксировали, когда они перемещались со скоростью, равной половине максимальной, а для удобства наблюдения им на ключевые места наклеивали бумажные метки. Сначала исследователи предположили, что более крупные вараны при ходьбе выпрямляют ноги, подбирая их под туловище, чтобы придать своей позе вертикальность и тем самым уменьшить нагрузку на бедренные кости. Но оказалось, что это не так. Крупные ящерицы, как и мелкие, бегали в положении «отжавшись», а для облегчения жизни у них есть другая уловка. При каждом шаге они ненадолго прикладываются на живот, и чем крупнее ящерица, тем больше времени она проводит в пресмыкающемся состоянии. Такая походка позволяет снизить нагрузку на кость и дать отдых мышцам.

И еще. Угол вращения бедра при ходьбе у крупных ящериц меньше, чем у легких, поэтому мышцы не так сильно выкручивают кость. Из-за этих ухищрений тяжелые ящерицы ходят медленно, их скорость всегда меньше, чем у млекопитающего сходного размера, но зато кости целы.

Разворот растопыренных конечностей вдоль оси тела значительно облегчил жизнь наземным позвоночным. Когда лапы подведены под туловище, можно спокойно набирать массу, идти или бежать значительно более широким шагом и даже встать на задние ноги. Именно такая постановка конечностей была у динозавров. Ни одна ящерица не сравнится размерами с тиранозавром. Даже самая крупная, комодский варан, весит немногим более 160 кг. А все из-за положения лап.

Наталья Резник

Clemente, C. J., Withers, P. C., Thompson, G. and Lloyd, D. (2011). Evolution of limb bone loading and body size in varanid lizards. J. Exp. Biol. 214, 3013-3020.