Не позволяйте вчерашнему дню влиять на себя сегодня

Гений торможения

Гепард Acinonyx jubatus — самое быстроногое животное на Земле.

Гепард Acinonyx jubatus — самое быстроногое животное на Земле. Он подкарауливает неосторожную жертву в густой траве или в кустарнике, а затем настигает могучим спринтерским рывком. При максимальной скорости более 100 км/ч он догнал бы любую добычу, если бы она мчалась по прямой. Но потенциальная жертва маневрирует, скачет то вправо, то влево, и довольно часто ей удается удрать от лучшего спринтера планеты.

Очевидно, для успешной охоты важна не только скорость. И тут оказалось, что о других характеристиках движения гепардов известно очень мало. Даже сведения о его скорости недостоверны, потому что ее измеряли в неволе, гоняя гепарда за приманкой по прямой. Измерения в естественных условиях тоже проводили, но в этом случае исследователям приходилось довольствоваться лишь тем, что видно, то есть наблюдениями и видеозаписями, сделанными на открытой местности в светлое время суток.

Возможность измерить и уточнить многие параметры движения животных появилась у исследователей с возникновением миниатюрных приборов, позволяющих вести запись и дистанционное наблюдение, и тогда стало ясно, что вопрос назрел: почти одновременно в печати появились две работы, посвященные охоте гепарда.



Первое исследование выполнили сотрудники Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета (The Royal Veterinary College, University of London) при участии коллег из Фонда сохранения хищников Ботсваны (Botswana Predator Conservation Trust). Руководил этой работой профессор Алан Уилсон (Alan Wilson) {1].

Гордостью лаборатории Уилсона являются ошейники, оборудованные модулем GPS и очень чувствительными электронными датчиками движения. В результате исследователи могли определять скорость, ускорение и наклон тела гепарда во время движения, а также его координаты с точностью до 20 см. Ошейник снабжен аккумулятором, который подзаряжается от солнечной батареи, страховочной батарейкой и программным обеспечением, позволяющим снимать показания приборов и перепрограммировать их удаленно, чтобы не беспокоить животных. Сам ошейник гепардов тоже не обременяет, поскольку весит всего 340 г.[2]

Ученые надели ошейники на пять диких гепардов (трех самок и двух самцов), обитающих на севере Ботсваны, и в течение 17 месяцев снимали показания приборов. За это время им удалось измерить параметры 367 охотничьих пробежек.

а) гепард в ошейнике; b) приборы позволяют определять ускорение свободного падения (g) и центростремительное ускорение (v2r–1), действующие на гепарда на повороте (a — результирующий вектор); c) когти не втягиваются и усиливают сцепление; d) когда гепард тормозит, он прижимается к земле. Такое положение позволяет ему сохранить равновесие, а мускулатура задних лап поглощает кинетическую энергию (фото из статьи Алана Уилсона с соавторами)

В среднем гепарды охотятся 1,3 раза в день, даже если охота была неудачной. Признаком успеха ученые считали легкие потряхивания во всех направлениях — так чувствительные приборы реагировали на трапезу животного. Чаще всего гепарды охотятся на рассвете на открытой местности, хотя иногда предпочитают кусты и плотные заросли. Растительность помогает им скрываться, но, в общем, доля успешных охот везде одинакова и составляет 25-26%. Рацион гепардов на три четверти состоит из антилопы импалы Aepyceros melampus, хотя один из самцов по кличке Куамар, который обычно охотился в густых зарослях, предпочитал бородавочников Phacochoerus africanus.

Охота начинается с того, что гепард разгоняется, буквально за три шага он увеличивает скорость на 3 м/с, а затем несколько секунд мчится с максимальной скоростью, которая обычно составляет около 15 м/с (54 км/ч).

Вообще гепарды могут бегать и быстрее, за всё время наблюдения каждое животное хоть раз, но развило скорость более 20 м/с, абсолютный рекорд составил 25,9 м/с (93,24 км/ч). С такой скоростью гепард обгонит и борзую собаку, и скаковую лошадь, но только на короткой дистанции. Обычно гепард во время охоты пробегает около 173 м, личные рекорды дальности для разных животных варьируют в пределах 407-559 м.

Преследуя жертву, гепард бежит не по прямой, а выписывает петлю. Когда добыча меняет направление бега, гепард тормозит и бросается ей наперерез. На видеозаписи, сделанной сотрудниками лаборатории Алана Уилсона, это хорошо видно[3]. Торможение настолько резкое, что хищник, кажется, вот-вот уйдет по пояс в землю. И чем быстрее гепард бежит, тем стремительнее он тормозит (зафиксированный рекорд-7,5 м/с [2] при среднем значении 5,5 м/с [2]), при этом скорость не влияет на начальное ускорение, длину пробежки и угол наклона корпуса животного. Это означает, что на финальной стадии охоты скорость надо непременно сбросить, причем до определенного значения.


Быстрый бег, хотя и позволяет гепарду догнать жертву, мешает ему маневрировать. Исследователи подсчитали, что гепард, заложивший вираж на максимальной скорости 25,9 м/с, развил бы боковое ускорение 13 м/с[2] для разворота на 180° ему пришлось бы выписать петлю радиусом около 52 м, что заняло бы шесть секунд. При средней скорости 16 м/с радиус поворота равен 19,7 м. Но гепард — непревзойденный мастер торможения. С каждым шагом он замедляется на 4 м/с, всего за три шага сбрасывает скорость с 16 до 4 м/с (это занимает всего секунду), и тогда радиус поворота составляет всего 1,2 м.

Гепард прекрасно приспособлен для экстренного торможения. Мускулатура его спины и задних лап составляет 45% от массы тела. Его мышцы сокращаются быстрее, чем у собаки, и в режиме торможения работают активнее, чем при ускорении. Могучие мышцы и толстые кости позволяют выдерживать большие нагрузки: при максимальной скорости гепард развивает мощность 120 Вт на килограмм веса — в два раза больше, чем у борзых. Чтобы такой сгусток энергии не занесло на повороте, гепард, тормозя, приседает, прогибает спину и активно рулит хвостом. Такая поза позволяет сместить центр масс и сбросить кинетическую энергию. Выступающие подушечки и невтяжные когти на лапах обеспечивают зверю хорошее сцепление с землей.

С этим исследованием перекликается работа специалистов США, Великобритании и Южной Африки под руководством доктора Майкла Скантлбари (Michael Scantlebury) из Королевского университета Белфаста (Queen’s University Belfast)[4]. Ученые надели ошейники с датчиками GPS и акселерометрами на шесть гепардов, живущих в парке Кгалагади (Kgalagadi Transfrontier Park), расположенном на границе Ботсваны и ЮАР. Приборы могли передавать показания в течение 124 часов. Это меньше, чем 17 месяцев, но зато всё это время исследователи наблюдали за каждым животным и знали, за кем они охотятся.

Оказалось, что рацион у этих гепардов более разнообразный (несколько видов антилоп и даже один юный страус), а доля успешных охот выше. Гепарды Кгалагади бегают немного медленнее, чем на севере Ботсваны. Средняя максимальная скорость составила 13,9 м/с, длина пробега — 379 м, продолжительность самой долгой погони — 59 с, рекорд скорости — 18,94 м/с.

Исследователи подтвердили, что охота гепарда состоит из трех частей: ускорения, гонки и финального маневра, и отметили, что чем быстрее бежит гепард, тем прямее его путь. Животное тормозит за несколько секунд до конца охоты, и успех маневра зависит от скорости торможения. Ученые также отмечают, что гепард по-разному охотится на разную добычу: погоня за тяжелой антилопой гну будет более монотонной, чем за маневренной мелкой антилопой.

Исследователи полагают, что гепарды не разворачиваются на большой скорости, потому что их задние лапы просто не выдержат такой нагрузки: для разворота на 180 градусов энергии нужно столько же, сколько на линейный пробег длиной 5,5 м. И вообще, на максимальной скорости ни одно животное не меняет направление бега, даже лошади для поло,которых специально выводили для маневрирования на относительно небольшом пространстве.

Охота гепарда не безумная гонка, а тщательно рассчитанная стратегия. Быстрый поворот в конце погони не менее важен, чем стремительный бег в начале. Главное — вовремя затормозить, и гепарды делают это с блеском. Гепард — самый быстрый тормоз на планете.
[1.] Wilson RP, Peters G, Mills MEJ, Speakman JR, Durant SM, Bennett NC, Marks NJ, Scantlebury M. «Cheetahs, Acinonyx jubatus, balance turn capacity with pace when chasing prey» // Biol Lett , 2013, 9:20130620. doi:10.1098/rsbl.2013.0620
[2.]www.rvc.ac.uk/SML/People/awilson/Wildlife-tracking-collars.cfm[3.] www.nature.com/news/speed-test-for-wild-cheetahs-1.13179
[4.] Wilson AM, Lowe JC, Roskilly K, Hudson PE, Golabek KA, McNutt JW. «Locomotion dynamics of hunting in wild cheetahs» // Nature. 2013, 498(7453):185-9. doi: 10.1038/nature12295




Наталья Резник



Labels: ,