Хвост не может вилять собакой?

Собачий хвост не может вилять собакой

не доказано использование хвоста во время движения

Эндрю Шульц (Andrew Schulz)

Считается, что собаки и другие представители Canidae (псовых) используют свой хвост для различных целей, включая проворные движения, бег и прыжки. Одним из уникальных аспектов является то, что они имеют очень небольшую разницу в размерах, поскольку все существующие виды псовых весят менее 35 кг, за исключением крупных пород собак. Авторы используют морфологическую геометрию животных, чтобы проверить различия в использовании хвоста у 24 существующих представителей собачьих. Предлагают эволюционные компромиссы более крупных и массивных хвостов с помощью различных симуляций. Экспериментальные данные собраны ранее в работе "Динамика конечностей в прыжках на ловкость у начинающих и опытных собак" (Журнал экспериментальной биологии, 223(7), 2020). Бордер-колли (10 продвинутых и 10 начинающих) снабжались костюмом, содержащим метки для отслеживания движения. Собачки прыгали через препятствие, а кинетика и кинематика регистрировались с помощью силовых плит (измеряют силы реакции опоры) и системы захвата движения. Данные обработаны и выделена воздушная фаза перед расчетом кинематики суставов. Собрали трехмерную кинематику и силы реакции земли во время прыжков собак на высоких скоростях вперед.

Собака представлена 17 сегментами, включающими голову, шею, верхнюю часть туловища, нижнюю часть туловища, верхнюю конечность, нижнюю конечность и лапу для каждой конечности, а также хвост. Инерционные параметры сегментов (масса, момент инерции, положение центра масс) брались из различных источников. Относительные значения ранеее определили для 3 пород собак разного размера с помощью МРТ. Сегменты смоделированы как твердые цилиндры, длины этих сегментов взяты из данных, но радиусы оценены в 20 см, 20 см и 2 см для верхней и нижней части туловища и хвоста соответственно. Массы сегментов туловища определяли по компьютерной томографии, выполненной на собаке той же породы. Используя параметры этой модели, рассмотрели всю собаку и кинематику хвоста во время прыжка. Хвост приняли за тело вращения по трем осям центра масс, в том числе вокруг z (крен), вокруг y (рыскание) и вокруг x (тангаж, килевая качка). Чтобы сравнить способность к прыжкам среди псов, специалисты сообщают о взаимосвязи между длиной хвоста, длиной тела и массой тела для членов семейства Canidae, а также степенной закон, который наилучшим образом описывает эту тенденцию. Индекс хвоста можно описать следующим уравнением: TI = Ltail/Lbody, где Ltail — длина собачьего хвоста, Lbody — длина туловища в метрах. Длина - от носа головы до конца туловища. Следовательно, эффективная общая длина вида может быть описана как сумма этих двух длин.

Модель движения задавала начальные условия, определяемые из данных, которые представляли собой углы и угловую скорость верхней части туловища в начале прыжка. Затем кинематические и динамические уравнения движения интегрировались вперед во времени для продолжительности воздушной фазы, определенной в ходе испытания (0,293 с), чтобы получить временные графики для 3 углов ориентации верхней части туловища. Использованы 2 схемы движения: одна, в которой сегменты фиксировались в их ориентации при взлете, и одна, в которой углы ориентации были линейно интерполированы между углами при взлете и приземлении (взятыми из экспериментальных данных). Моделирование проводилось по обеим схемам для всех сегментов, только нижней части туловища, хвоста, объединенных передних и задних конечностей и всех суставов, кроме нижней части туловища.

Разработали коэффициент масштабирования для каждого из видов, используя соотношение между массами. Предположение об изометрическом масштабировании конечностей позволяет аппроксимировать длину конечностей для ограничений модели с масштабированием длин конечностей на m1/3 и моментов инерции конечностей на m5/3, как указано в современной литературе по млекопитающим. Короче говоря, виртуальные собаки выполняли те же действия, что и настоящие. Так же бегают, прыгают, двигают лапами и хвостом. Модель позволяла удалить хвосты у цифровых псов. Без хвостов они показали очень небольшое отличие в способностях движения. Таким образом, четвероногие не использовали свои отростки, чтобы сохранить равновесие или изменить направление бега, или для чего-либо еще. Центры масс хвост/безхвост отклоняется не более чем на 1 градус. Или, другими словами, хвост не может вилять собакой. Возможно, в древние времена, он служил какой-то более важной цели, но теперь годен только для общения.

Том Ротье (Tom Rottier), Эндрю Шульц (Andrew Schulz), Институт Макса Планка, Катя Зёнель (Katja Sohnel), Мартин С. Фишер (Martin S Fischer), Университет Фридриха Шиллера в Йене, Германия, Кэтрин Маккарти (Kathryn Mccarthy), Технологический институт Джорджии, Ардиан Юсуфи (Ardian Jusufi), Гарвардский университет, США, "Виляние хвостом собаки не поддерживается биомеханическим моделированием использования хвоста псовых во время движения по земле", BioRxiv, 31 декабря 2022.

костюмом с метками для отслеживания движения

13.01.2023