Долгое время считалось, что собаки пьют не так, как кошки. Процесс лакания изучали как в Гарварде, так и в Университете Массачусетса. Учёные из Массачусетса доказали, что кошка обладает врождённым инстинктом определения взаимодействия силы инерции, которая поднимает жидкость вверх, и силы притяжения, под воздействием которой капля жидкости падает вниз. Собаки же, как настаивали исследователи, не лакают, как кошки, а просто черпают жидкость языком, используя его подобно ложке.
Альфред Кромптон, профессор биологии Гарвардского университета, был не согласен с этим выводом: «Я усомнился во мнении коллег и решил проверить их выводы на своей собаке, которую зовут Матильдой. И мы сделали обычную съёмку и немного высокоскоростной рентгеновской съёмки. Полученные снимки доказывают, что собаки лакают точно так же, как и кошки. Хотя, надо признать, они это делают не так аккуратно».
Ранее считалось, что при лакании животные изгибают свой язык в виде ложки и зачерпывают им некоторое количество жидкости. Физики вывели специальную сложную формулу лакания кошек, в которой учитываются размер и скорость движения языка. Таким образом, каждая кошка автоматически рассчитывает наилучший баланс между силой инерции, которая затягивает жидкость ей в рот, и силой тяготения, из-за которой молоко выливается обратно в блюдечко.
Группа учёных под руководством Альфреда Кромптона выяснила, что, когда собаки приступают к питью, они протягивают язык к поилке, придавая ему форму заглавной буквы J. Как только кончик языка касается поверхности жидкости, её капельки попадают в образовавшуюся ложбинку. Резко закрывая пасть в определённый момент, собака поднимает их вверх путем всасывания.
Учёные подсчитали, что на заглатывание одной капли воды собака тратит три лакательно-глотательных движения. Полученные в ходе исследований данные убедительно доказывают, что в процессе лакания собаки настолько хорошо чувствуют тонкий баланс между гравитацией, которая тянет жидкость вниз, и силой инерции, которая вынуждает её двигаться в обратном направлении, что инстинктивно приоткрывают и захлопывают пасть в строго определённые моменты.
«Кошки и собаки используют один и тот же базовый механизм для подъёма жидкости в ротовую полость и её транспортировки сквозь ротовую полость в область гортани, — резюмировал глава исследовательской группы доктор Альфред Кромптон. — Жидкость при этом сосредоточивается на дорсальной поверхности языка, свёрнутого определённым образом».
Чтобы окончательно развеять сомнения скептиков, научный работник объяснил, отчего возникает впечатление, будто собаки пьют неряшливо. По его словам, язык собаки проникает в более глубокие слои жидкости по сравнению с кошками и, таким образом, создаёт больше брызг, что может создать у человека ошибочное впечатление.
Как собаки бегают?
Есть такая шуточная загадка: «С какой скоростью должна бежать собака, чтобы не слышать звона сковородки, привязанной к её хвосту?». (Правильный ответ — собака должна стоять, хотя физик наверняка скажет, что ей нужно бежать со сверхзвуковой скоростью.) Но как же на самом деле бегают собаки? Ответ на этот, казалось бы, простой вопрос заинтересовал биологов из Йенского университета (Германия). Команда учёных под руководством профессора Мартина Фишера занималась исследованием движения собак. Они сняли на стереоскопическую видеокамеру 327 собак во время занятий на беговой дорожке, чтобы определить, существуют ли различия между породами.
Полученные результаты удивили учёных и наверняка повергнут в шок экспертов-кинологов, строящих фантастические теории по биомеханике собак. «Когда мы сравнили бег двухкилограммовой чихуахуа и дога весом 80 кг, то увидели, что они двигаются совершенно одинаково», — объясняет доктор Фишер.
«Разница между 10 немецкими догами, вероятно, больше, чем между догом и чихуахуа. Это означает, что вес собаки практически никак не влияет на особенности её движения. Абсолютная длина лап у собак разных пород различается очень сильно, но это никак не влияет на их движения».
Кроме трёхмерного видео учёные использовали и иные современные технологии для записи движения собаки: камеры замедленной съемки, инфракрасные камеры (для этого к коже животных крепили специальные датчики), а также рентгеновскую видеосъемку.
Учёные выяснили, что лопатки и бедра действуют как центры вращения конечностей, что противоречит ранним исследованиям, в которых эти центры располагали на плечевых суставах и бедрах. Результаты своего исследования Мартин Фишер и его коллеги обобщили в книге «Собаки в движении», которая будет интересна не только учёным, но и рядовым любителям собак.
Как собаки отряхиваются?
Физик Эндрю Дикерсон и его коллеги из технологического института Джорджии решили выяснить, как отряхиваются мокрые собаки. Поначалу они построили математическую модель всей мокрой собаки целиком. Но быстро выяснилось, что со сложностью задачи вышел перебор, и экспериментаторы упростили её как смогли. Они смоделировали только процессы, происходящие с шерстью животных.
Ключевым условием отрыва жидкости от волосков учёные посчитали превосходство центростремительной силы над поверхностным натяжением. Так как первая величина зависит от расстояния до центра туловища животного, получается, что оптимальная частота отряхивания собаки будет зависеть от радиуса её тела.
Физики составили уравнение, которое описывало такую зависимость. Гипотезу проверили при помощи высокоскоростной видеокамеры. Учёные отсняли несколько пород собак и высчитали скорости их отряхивания.
Результатом всех манипуляций стал вполне логичный вывод: чем меньше размеры туловища мокрого с головы до ног существа, тем быстрее ему необходимо вращать им из стороны в сторону, чтобы хоть немного обсохнуть. Так, малютки-мышки отряхиваются с частотой 27 Гц (27 движений из стороны в сторону в секунду), а крупные медведи способны лишь на четыре движения в секунду (4 Гц).
Проанализировав полученные графики, Дикерсон со товарищи пришли к выводу, что их первоначальное уравнение ошибочно. Экспериментальные данные противоречили теории. Подумав ещё немного, учёные поняли, что ошиблись, взяв за основу расстояние от центра туловища до кожи и не учтя ещё и длину шерсти животных.
Было установлено также, что отряхивание начинается в области головы, которая становится точкой, заставляющей волну энергии распространяться к задней части тела животного. Чем сильнее поворачивается голова, тем выше амплитуда волн.
В ходе эксперимента выяснилось, что лабрадор-ретривер, чтобы избавиться от лишней жидкости, вертит туловищем с частотой 4,3 Гц.
Литература
Martin S. Fischer, Karin E. Lilje. «Hunde in Bewegung», VDH Service GmbH und Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG, Stuttgart, 2011.
Martin S. Fischer, Karin E. Lilje. Jena Die Jenaer Studie zur Hundefortbewegung, Info. 22, Dezember 2005.
Crompton A. W. and Musinsky C. How dogs lap: ingestion and intraoral transport in Canis familiaris. May 25, 2011, doi: 10.1098, rsbl.2011.0336 Biology Letters. Dickerson A., Mills G., Bauman J., Chang Young-H., Hu D. The Wet-Dog Shake / Fluid Dynamics, 15 Oct 2010, 21.
