Удивительные прыжки лягушек обеспечиваются упругими сухожилиями

Некоторые виды лягушек и многие другие животные способны прыгать гораздо дальше, чем позволяют их видимые физические возможности. Даже обычные лягушки могут прыгать в несколько раз дальше, чем, казалось бы, позволяет их физиология.

"Одни только мышцы не могли бы производить такие хорошие прыжки", — заявил Генри Астли, изучающий биомеханику прыжков лягушек в Университете Брауна.

В статье, опубликованной в Biology Letters, Астли и Томас Робертс, адъюнкт-профессор биологии, показывают, что ключ к прыжкам лягушек заключается в их растяжимых сухожилиях. Перед прыжком мышца ноги укорачивается, запасая энергию в сухожилии, которое затем отдаёт её, как пружина, чтобы толкнуть лягушку вперёд и вверх. Несмотря на то, что до четверти массы тела лягушки приходится на ноги, она была бы физически неспособна прыгать так далеко без помощи сухожилий.

"Чтобы получить по-настоящему исключительную прыгучесть, вам нужно какое-то эластичное строение", — сказал Астли.

Учёные исследовали прыжки северной леопардовой лягушки (Rana pipiens). Они имплантировали металлические шарики в большеберцовую кость, кость лодыжки и мышцу ноги четырём лягушкам, а затем записали их прыжки с помощью 3D рентгеновской видеотехнологии, разработанной в Университете Брауна. Видео, снятое со скоростью 500 кадров в секунду, отслеживало изменения длины мышцы ноги и движение суставов до, во время и после прыжка.

Когда лягушка готовится к прыжку, её икроножная мышца укорачивается. Примерно через 100 миллисекунд мышца перестаёт двигаться, и энергия полностью загружается в растянутое сухожилие. В момент прыжка сухожилие, обёрнутое вокруг кости лодыжки, высвобождает свою энергию, подобно катапульте или луку лучника, вызывая очень быстрое разгибание голеностопного сустава, которое толкает лягушку вперёд. Весь прыжок — от подготовки до толчка — длится около одной пятой секунды.

"Это первый раз, когда мы действительно увидели внутреннюю работу, собрали все части (прыжка лягушки) воедино", — сказал Астли.

То, как сухожилия, мышцы и суставы работают при прыжке лягушки, может помочь объяснить, как другие животные — беспозвоночные, такие как блоха или кузнечик, или позвоночные, такие как цесарки и галаго, — совершают свои удивительные прыжки.

"Лягушки интересны сами по себе, но мы также уверены, что это исследование даёт нам понимание того, как мышцы и сухожилия работают вместе при движении животных", — сказал Робертс.