Биомеханика и гонки на выживание
Вообразите, что вы за рулем быстрого автомобиля, способного за несколько секунд унести вас за линию горизонта. Вы - невероятно быстры, но 12-цилиндровая "Ламборджини", мчащаяся за спиной, - еще быстрее. Как бы сильно вы не жали педаль газа в пол, рано или поздно итальянский суперкар вас догонит. Как уйти от преследования с неравными шансами?
Ответ на драматический сюжет каждый из нас найдет в докладе ученых из команды профессора Алана Вилсона из Университета Лондона, которые опубликовали исследование в журнале Nature о забегах между хищниками и добычей в парах: львы-зебры и гепарды-импалы.
Ученые провели натурный эксперимент на территории Ботсваны. В течение нескольких лет они изучали повадки охотящихся животных и маневры их жертв во время преследования, собирая данные по принципу "на ходу" с помощь ошейников, в которых был встроен специальный трекер.
Никто не поспорит, что львы и гепарды очень быстры, сильны и не менее проворны, чем любой юркий зверек. Но зебры и импалы (африканские антилопы) выработали удивительный тактический прием, позволяющий оставить крупных хищников "в дураках" во время охоты.
Если взглянуть на ситуацию с точки зрения физики, то быстрая скорость при убегании - фатальная ошибка для животного-жертвы, позволяющая приблизить час обеда для хищника. Мчащаяся на всех парах зебра теряет способность к резким поворотам и внезапным маневрам из-за нарастающей инерции, поэтому для льва ее движения более предсказуемые, а значит он успешно завершит охоту. Убегание на слегка пониженной передаче позволяет жертве вилять своим курсом и создавать непредсказуемую траекторию, выматывая и обманывая хищника. Доказательство тому: соотношение удачных охот по отношению к попыткам, два из трех забегов завершаются неудачей для львов, нацеленных на зебр, и гепардов, мечтающих об антилопе.
Интересные данные о биомеханике собрали прямо в саванне, надев высокотехнологичные ошейники на 5 гепардов, 9 львов, 7 зебр и 7 антилоп. Все животные находились в естественной среде обитания и вели себя как обычно в дикой природе.
Трекеры записали около 5,5 тысяч забегов и собрали информацию о скорости, величине ускорения, количестве шагов и частоте маневров в секунду у диких кошек и их жертв. Вдобавок, ученые сделали животным биопсию для измерения мускульной силы, точно такую же процедуру проходят тяжелоатлеты мирового уровня.
Вряд ли кто-то в этом сомневался, но пробы показали атлетическое превосходство львов и гепардов. Они были на 38% быстрей своей добычи. На 37% у них был лучше разгон, а качество маневрирования при забеге отличалось в положительную сторону на 72%. Мощь их мускулов превышала силу парнокопытных на 20%.
Прекрасные преимущества организма хищников никаким образом не влияют на успешное завершение охоты. Зебры и импалы выигрывают забеги раз за разом, просто применяя нехитрый прием: они не пытаются сразу скрыться, а скачут непредсказуемо, вполовину своей максимальной скорости, оставаясь всего в паре шагов от когтей хищника. Удивительно, но эволюция научила жертву не только сразу чувствовать опасность, но уворачиваться от клыков в самый последний момент.
Львы, зебры, гепарды и антилопы сосуществуют вместе и бегают друг от друга по африканской саванне в течение тысяч лет, а возможно - миллионов. С каждым новым поколением, хищники, как машины для убийства, становятся чуточку лучше, а их вероятные жертвы - более адаптированными к нападению. Чтобы животное смогло наверняка выиграть "гонку", эволюционный механизм обязан найти точный баланс между массой и скоростью бега. Для успешного маневрирования тело обязано повышать выносливость, запасая питательные вещества, а для лучшего разгона - наоборот, по максимуму сбрасывать вес.
Интересно, что на видовом уровне проявляется стабильная моногамия: львам нужны только зебры, а гепардам исключительно антилопы. Секрет кроется в том, что гепарду - признанному и самому быстрому спринтеру африканских саванн - нужен легкий вес тела, чтобы достигать высокой скорости, но тогда его хлипкое строение не позволит справиться c крупной добычей, вроде зебры. И наоборот, за стремительной антилопой гораздо труднее, чем за зеброй, угнаться льву. Это и объясняет их вкусовые предпочтения.
К счастью или нет, но ни одно животное в ходе полевых наблюдений не пострадало. Хищники предпринимали попытки догнать кого-то из парнокопытных, но они не увенчались успехом. Ученые не унывают, ведь благодаря собранной с трекеров "биг-дате" и "умным" алгоритмам можно смоделировать охотничьи сценарии прямо на компьютере.