Почему кошки всегда приземляются на лапы, даже если падают вниз головой

В одной Нью-Йоркской ветеринарной лечебнице хранится история болезни кошки Сабрины, которая после падения с 32 этажа осталась жива, отделавшись сломанным зубом, и другими мелкими травмами. На первый взгляд эта фантастическая история не так уж удивительна и уж совсем не уникальна.

Если с большой высоты падает человек, то он обычно получает тяжелую травму — переломы черепа и позвоночника, может развиться тяжелое внутреннее кровотечение. Редко кто остается в живых после падения с высоты в несколько этажей.

Как кошки приземляются на лапы

Вопрос падения кошек занимал физиков давно. Было предложено несколько приблизительных моделей, которые могли бы объяснить, как котам удается приземляться на лапы. Ученые пришли к выводу, что всё-таки это рефлекс, а не специальный расчёт вращения в начале падения, как было принято думать раньше. Вот что помогает кошкам безопасно приземлиться:

Превосходно развитый вестибулярный аппарат, контролирующий положение тела в пространстве;
При падении кошки растопыривают лапы, увеличивая площадь поверхности тела, превращаясь благодаря этому в маленький «парашют». Скорость падения не превышает при этом 100 км/ч, вне зависимости от высоты, с которой животное падает;
Для переворота кошка в первую очередь выравнивает голову, а затем изгибает посередине тело. После чего переворачивается на 180⁰ по своей оси и снова меняет изгиб тела, компенсируя угловой момент, который возникает при вращении. Обе половины тела при этом вращаются, скорее всего, синхронно. То есть тело изгибается, но не скручивается;
Задние лапы при этом перед падением выравниваются соответственно положению передних;
Перед приземлением кошки немного выгибают спину и подгибают лапы, чтобы сила удара распределилась по сухожилиям и мышцам, смягчая приземление;
Мышцы кошек выступают отличным амортизатором, так как по отношению к общему весу тела они более сильные, чем, например, у человека.

Кстати, согласно исследованиям кошки при падении с очень большой высоты, приземляются все-таки не на лапы, а на живот. А беcхвостые кошки двигаются в полёте так же, как и хвостатые. Только для правильной группировки они больше используют задние лапы. Глухие кошки падают так же, как и здоровые, а вот слепые ведут себя менее активно при падении.

«Падающая фигуристка»

Французский математик XVII-XVIII веков Антуан Паран, а вслед за ним Джеймс Клерк Максвелл считали, что кошка, которая в момент падения уже вращается, может изменять скорость своего вращения, подтягивая или вытягивая во всю длину лапы, из-за чего меняется её общий момент инерции. Объяснение подробно записал уже Уильям Гордон Стейблс.

«В начале падения с высоты внизу находится спина кошки, выгнутая полукругом. Природный инстинкт побуждает её, после того как она пролетела один-два фута, внезапно сократить мускулы спины и вытянуть лапы; теперь уже живот её выгибается, а спина становится вогнутой, что меняет центр тяжести и переворачивает тело; после этого кошке, чтобы приземлиться на лапы, остается только удерживать себя в этом положении».

Это объяснение не похоже на правду: кошка в свободном падении ни к чему не прикреплена, а значит, перемена положения её тела никак не влияет на его устойчивость. Кроме того, учёные не могли по-настоящему заметить все движения животного, потому что кошки переворачиваются слишком быстро. Но вскоре на помощь людям пришла фотография.

Кошки в космосе

В 1950-60 годах в ходе экспериментов по подготовке запуска животных и человека в космос велось изучение поведения кошек в невесомости. Выяснилось, что в невесомости кошки не переворачиваются, так как там нет гравитации. По возвращении в поле силы тяжести кошка может перевернуться, если провела в невесомости не более пяти секунд. В ином случае доля успешных переворачиваний падала.

Томас Кейн, профессор инженерной математики Стэнфордского университета, применил свои математические методы и к задаче о падающей кошки. Он создал самую точную на сегодняшний день модель, в которой сочетаются гипотезы Радемакера и Марея. Изучение движения кошки использовали, чтобы научить астронавтов эффективно менять положение тела в невесомости.

Сложный рефлекс

Не менее важным был вопрос о том, как мозг животного управляет мышцами тела, чтобы перевернуть кошку правильно. В 1916 году Льюис Вид из Университета Джона Хопкинса и его коллега Генри Мюллер провели первое исследование кошачьего рефлекса с точки зрения нейробиологии. Их интересовали не конкретные движения кошки, а то, как нервная система инициирует эти движения.

Вид «выключил» из процесса большие полушария кошки — и увидел, что кошка, лишенная больших полушарий, не проявляет рефлекса переворачивания. Это позволило предположить, что для переворачивания в воздухе необходимо сознание. Кроме того, Мюллер и Вид попытались разобраться в том, как кошка определяет, в какую сторону необходимо повернуться, чтобы приземлиться на лапы. Они выяснили, что кошка с завязанными глазами способна перевернуться и приземлиться в правильном положении, может это сделать и кошка с поврежденным вестибулярным аппаратом, но действующим зрением. А вот если завязать кошке глаза и при этом повредить ее вестибулярный аппарат — кошка не будет даже пытаться перевернуться. Значит, рефлекс переворачивания опирается либо на зрение, либо на чувство равновесия.

Как кошки выживают, падая с большой высоты?

Помимо умения группироваться кошки обладают рядом преимуществ, которыми их наградила природа:

1. Скелет. Гибкие и легкие кости вкупе с небольшим размером помогают кошкам оставаться более защищенными, чем другие животные и люди, при падении с высоты.

2. Сопротивление. Конечная скорость — это максимальная скорость, которой достигает объект при падении. Ее можно уменьшить, увеличив лобовое сопротивление, то есть сопротивление воздуха, которое может замедлить объект. Кошки имеют повышенное сопротивление благодаря тому, как они двигают конечностями во время падения. Также сопротивление увеличивает шерсть. Именно поэтому пушистые кошки более защищены при падении с высоты.

3. Лапы. Кошачьи лапы сильные и мускулистые. Они помогают кошкам передвигаться незаметно, а также смягчают падение, действуя как амортизаторы. Сила удара распределяется между четырьмя конечностями и позволяет защитить тело.

4. Хвост. Он может помочь стабилизировать тело при падении. У короткохвостых и бесхвостых кошек такого преимущества нет, но это не влияет на сам рефлекс выпрямления.

С тридцать второго этажа

Но вот еще одна интересная проблема: оказывается, кошки не просто падают невредимыми с высоты — при падении с действительно больших высот они выживают даже чаще. Кошки падали с 19 и даже 32 этажа, иногда получая только мелкие травмы. Ветеринарам стало интересно, почему так происходит. Они предположили, что кошка, пока не достигнет стабильной скорости (примерно 100 км/ч, так как ее тело невелико), испытывает ускорение и рефлексивно вытягивает лапы, делая их более уязвимыми.

Но когда постоянная скорость достигнута, вестибулярный аппарат перестает возбуждаться, кошка расслабляется и переводит лапы в горизонтальное положение, планируя, как белка-летяга. Кроме того, она выгибает спину, и воздух собирается у нее под животом, порождая парашютный эффект, который снижает скорость. В результате сила удара более равномерно распределяется по телу.

Механизм приземления на лапы

Эксперименты с падением кошки были проведены еще два века назад французскими исследователями. Они меняли высоту, отпускали кошку и анализировали ее движения. Долгое время считалось, что за приземление на четыре лапы отвечает хвост, ведь именно он считается своеобразным рулем. Но позже выяснилось, что даже без хвоста кошка всегда приземляется на лапы.

Независимо от положения, в котором начинается падение, за очень короткое время тело кошки разворачивается и выравнивается по отношению к земле. Более подробно это выглядит так

Итог: все кошки делают это по-разному!

Почему вопрос о переворачивании кошки такой сложный? Люди склонны искать «единую причину» происходящего, а задача природы совсем другая: ей нужно не самое простое, а самое эффективное решение. Такое наилучшее решение может включать в себя несколько вариантов поведения или несколько движений, соединенных между собой. Кошка не обязана выбирать один-единственный метод переворачивания, но может использовать все доступные ей способы, чтобы оптимизировать результат. Вот почему разные кошки делают это немного по-разному — в зависимости от размера, телосложения, состояния, наличия хвоста и других факторов.

«Подожмись и поворачивайся»

Медик и фотограф Этьен-Жюль Марей зафиксировать все этапы падения кошки на фотографиях. Увидев эти фото, французская Академия не поверила своим глазам. Как кошка может перевернуть себя на пол-оборота без точки опоры? Может быть, она отталкивалась от подоконника или руки, которая её роняет? Но нет, фотографии Марея ясно показали, что переворот начинается только тогда, когда кошка уже находится в свободном полете и не имеет рядом никаких объектов, от которых она могла бы оттолкнуться.

Математик Эмиль Гийю предложил такую модель происходящего: кошка при помощи своих передних и задних лап управляет моментом инерции передней и задней частей тела. Сначала вытягивает задние лапы и подбирает передние (и вот верхняя часть уже правильно сориентирована), затем подбирает задные лапы, вытягивает передние и «докручивает» нижнуюю часть до правильной ориентации, при этом не поворачивая верхнюю, которая уже находится в правильной позиции.

«Сложись и крутись»

Немецкий исследователь Рудольф Магнус предположил, что кошачий переворот управляется набором рефлексов ориентации, которые запускаются поворотом головы. А начать поворот кошку заставляет ускорение лабиринта — области расположения вестибулярной системы.

Ученик Магнуса Радемакер выяснил, однако, что кошка переворачивается в правильное положение и приземляется на лапы вне зависимости от того, в каком положении находилась изначально ее голова. В 1935 году он предложил еще одну реалистичную модель того, что происходит с кошкой в падении. Сложившись в поясе, кошка может вращать две секции своего тела в противоположных направлениях, благодаря чему их моменты импульса компенсируются.

Оставался вопрос: откуда кошка узнает, где находится верх, когда начинает падать? В свободном падении кошка не испытывает на себе действия какой-либо силы, которую ее вестибулярный аппарат мог бы использовать для ориентации. Зрение ни при чем: у кошка с завязанными глазами тоже переворачивается.

Позвоночник

Flying kittens
Помимо мускулатуры, удачный полет зависит и от гибкости суставов позвоночника. Кошка, в отличие от человека, обладает большим количеством звеньев позвоночника (у кошки их тридцать, тогда как у человека – 24). Это делает кошачий позвоночник эластичным, и именно поэтому животное может так элегантно и изящно выгибать спину, так, как не способен сделать человек.

Замечательно развитый вестибулярный аппарат позволяет кошке, которая падает на землю, ориентироваться в окружающем пространстве, интуитивно давать оценку собственным шансам и приводить туловище в наиболее удачную для приземления позицию.

Кошка – это достаточно маленькое и легкое животное. Ее вес относительно площади туловища намного меньше, чем у человека. Это тоже способствует умению грамотно сгруппировать туловище.

«Хвост-пропеллер»

Математик Джузеппе Пеано предположил другой механизм: кошка закручивает свое тело, вращая хвостом, как пропеллером. Провернувшись на желаемый угол, кошка останавливает хвост, а тем самым и собственное вращательное движение, спасая одновременно суть и принцип площадей. Хвост кошки, однако, весит намного меньше, чем она сама, и это значит, что хвост должен будет сделать не один оборот, чтобы перевернуть тело целиком.

Однако почти столетие спустя, в 1989 г., Дж. Э. Фредериксон экспериментально продемонстрировал, что бесхвостая кошка прекрасно умеет переворачиваться, хотя кошки, у которых хвосты имеются, действительно используют их, чтобы помочь процессу.

Возможные последствия

Самостоятельные эксперименты с кошачьими способностями чреваты опасными последствиями. Не стоит намеренно отпускать животное с большой высоты, иначе вместо успешного приземления перед глазами хозяина может случиться беда:

черепно-мозговые травмы;
разрывы внутренних органов;
переломы, вывихи;
гематомы, рваные раны;
шок.

У возрастных животных нередко наблюдаются проблемы опорно-двигательного аппарата, поэтому для них падение с высоты может закончиться летальным исходом. Но все негативные обстоятельства являются не более, чем исключением. Каждая кошка, спустя 3—4 недели после рождения, априори умеет приземляться правильно.

Каждый человек, хотя бы раз в жизни, задается вопросом — почему кошки приземляются на лапы? Не смотря на то, что данный феномен легко объясняется с точки зрения особенностей физиологии семейства кошачьих, для большинства людей это не более, чем уникальная и неповторимая способность. Кошки — удивительные животные, которые никогда не перестанут удивлять и покорять человечество.

Вопрос-ответ Норма креатинина в моче у кошек

Вопрос-ответ Умеют ли кошки плавать

Отличная статья

Причины падения кошек

Если кошка просто так падает — это ненормально. Хотя причиной такого поведения может быть что-то довольно безобидное, важно узнать о некоторых возможных объяснениях. Чем больше вы будете знать об этих возможностях, тем легче будет заботиться о своем кошачьем друге.

Неврологические проблемы

У кошек могут развиться проблемы с мозгом, которые могут вызывать самые разные необычные поведения, включая судороги или просто падение из ниоткуда. Эти проблемы часто бывают очень серьезными и опасными для жизни. К сожалению, мало что можно сделать с неврологическими расстройствами у кошек.

Атаксия

Состояние, известное как атаксия, также может привести к падению кошки. Есть много разных причин, которые могут вызвать это, от неврологических проблем до рака. Опытный ветеринар, скорее всего, сможет определить причину этого состояния. Иногда атаксия может быть результатом грибковой инфекции, и в этом случае ее, скорее всего, довольно легко вылечить с помощью лекарств. Ваш ветеринар, скорее всего, проведет несколько тестов, чтобы сузить круг возможных вариантов.

Инфекция уха

Простая ушная инфекция у вашей кошки может привести к ее падению. Инфекции, поражающие внутреннее ухо, могут нарушить равновесие животного. Это может случиться даже с опытными балансировщиками, такими как кошки.

Некоторые из наиболее распространенных симптомов ушной инфекции у кошек включают:

скопление серы в ухе,
потеря слуха,
желтые выделения из уха,
опухоль слухового прохода.

Если вы заметили эти симптомы у своей кошки, немедленно обратитесь к ветеринару. Важно взять инфекцию под контроль, прежде чем она станет еще хуже. Ваш ветеринар, скорее всего, пропишет специальные лечебные капли для ушей, чтобы избавиться от инфекции.

Анемия

Кошки, страдающие нарушением обмена веществ, например, анемией, также склонны к падению. На самом деле это довольно распространенное заболевание у этих животных. У кошек могут развиться разные типы анемии, некоторые из которых потенциально опасны для жизни.

Некоторые из общих симптомов анемии у кошек включают:

Бледные десны
Внезапная потеря веса
Черный дегтеобразный кал
Учащенное сердцебиение
Летаргическое поведение

К счастью, анемия обычно поддается лечению, и с ней можно эффективно справиться с помощью правильных лекарств. Чем раньше вы отправите кошку на осмотр ветеринару, тем лучше она будет в целом.

Гипогликемия

Гипогликемия, также известная как низкий уровень сахара в крови, является еще одним возможным объяснением случайных падений вашей кошки. Обычно это не проблема, представляющая непосредственную угрозу для жизни, но ее нужно решать немедленно.

У кошки может развиться низкий уровень сахара в крови в результате болезни или инфекции. Также возможно, что вы даете своей диабетической кошке слишком много инсулина. Это может стать проблемой, если вы забудете покормить кошку.

Некоторые из других симптомов низкого уровня сахара в крови у вашей кошки:

Отсутствие аппетита
Затуманенное зрение
Мышечная слабость
Потеря сознания
Беспокойство
Тремор

Если гипогликемии позволить развиться достаточно далеко, она может даже вызвать судороги и слепоту. Это лишь одна из причин, по которой вам нужно постоянно кормить кошку. Если у вашего котенка диабет, вам следует ежедневно вводить нужное количество инсулина.

Как предотвратить падение?

К сожалению, не всем кошкам везет пережить падение без травм. На то есть несколько причин. Многие домашние питомцы имеют избыточный вес и находятся не в лучшей физической форме. Сгруппироваться во время падения им будет куда труднее. То же касается пожилых питомцев или животных с больными костями и суставами. Шансы таких кошек на безболезненное падение тоже резко уменьшаются. Наконец, при падении из окна кошка может наткнуться на чужой балкон, острые металлические конструкции и прочие смертельные препятствия. Городским животным нечасто удается выжить, случайно прыгнув с подоконника за птичкой или мухой. Чтобы обезопасить питомца от падения, следуйте этим несложным правилам:

Установите на окна сетки-«антикошка» или защитные решетки. Москитные сетки не подойдут: они слишком тонкие и могут прорваться под весом кошки.
Поставьте на окна боковые ограничители, чтобы питомец не застрял, пытаясь выпрыгнуть через «верхнее проветривание».
Не занимайтесь мытьем окон в присутствии кошки. На время закройтесь от любопытного питомца сами или закройте его в безопасном месте, предоставив свободный доступ к еде, воде и лотку.
Приучите себя и детей не бросать кошку на пол, а аккуратно ставить.

Фото:

Другие удивительные способности

Кроме умения правильно падать, представители семейства кошачьих демонстрируют и другие удивительные способности.

Умение помещаться в любой ёмкости

Кошка легко размещает своё тело в маленьких коробках, вазах, блюдах и других неприспособленных для подобного использования ёмкостях. Причём неестественное положение тела не причиняет животному никакого дискомфорта.

Лечение хозяев

Кошки являются настоящими природными лекарями. Они всегда тонко чувствуют состояние своих владельцев и стараются лечь на то место, которое болит. Их положительное влияние на психологическое состояние людей не оставляет сомнений.

Предчувствие неприятностей

Многочисленные случаи подтверждают тот факт, что кошки способны предчувствовать стихийные бедствия, катастрофы, грозящие человеку несчастья. Предвидение объясняется тонкой интуицией, присущей эти животным, и прекрасно развитым слухом. Так, во время Второй мировой войны находящиеся под обстрелом люди нередко ориентировались на поведение своих домашних любимцев. О приближающихся бомбардировщиках свидетельствовало изменение поведения котов: они начинали беспокоиться, искать укрытие. Кроме того, между кошкой и хозяином нередко устанавливается сильная энергетическая связь, в результате которой животное ощущает болезнь и приближающуюся смерть человека.

Почему кошки всегда приземляются на лапы падая с высоты?