گربهها چطور همیشه روی پاهایشان فرود میآیند؟
چرا گربهها همیشه روی پاهایشان فرود میآیند؟ پژوهش جدید دانشمندان دانشگاه یاماگوچی ژاپن نشان میدهد یکی از رازهای این توانایی شگفتانگیز در ستون فقرات گربهها نهفته است. بخش سینهای ستون فقرات گربه انعطافپذیری بسیار بیشتری از بخش کمری دارد و همین تفاوت به حیوان اجازه میدهد هنگام سقوط، قسمتهای مختلف بدنش را بهصورت متوالی بچرخاند و در هوا خودش را برای فرود روی پاها تنظیم کند. این توانایی که به «رفلکس راستشدن در هوا» معروف است، قرنهاست مورد توجه دانشمندان قرار دارد.
راز بقا: گربهای که از ارتفاعی سقوط میکند، در کسری از ثانیه بدنش را در هوا میچرخاند، پاهایش را زیر بدن قرار میدهد و آماده فرود میشود. این توانایی که به «رفلکس راستشدن در هوا» معروف است، سالهاست دانشمندان را به خود مشغول کرده است. اکنون پژوهشی جدید نشان میدهد یکی از مهمترین رازهای این حرکت عجیب، در تفاوت انعطافپذیری بخشهای مختلف ستون فقرات گربه پنهان شده است.
به گزارش راز بقا، گربهها برای این حرکت به یک ستون فقرات معمولی احتیاج ندارند. بخش بالایی ستون فقرات آنها میتواند در برابر پیچش بسیار انعطافپذیر باشد، در حالی که بخش پایینی سفتتر عمل میکند؛ ترکیبی که به گربه اجازه میدهد قسمتهای مختلف بدنش را تقریباً جدا از یکدیگر بچرخاند.
دانشمندان بالاخره ستون فقرات گربه را زیر ذرهبین بردند
توانایی گربه برای فرود آمدن روی پاهایش چیز تازهای برای علم نیست. دانشمندان دستکم از سال ۱۷۰۰ میلادی درباره فیزیک سقوط گربهها فکر کردهاند؛ اما این پدیده آنقدر پیچیده است که هنوز هم تمام جزئیات آن روشن نشده است.
در پژوهش جدید، یاسوئو هیگوراشی از آزمایشگاه فیزیولوژی و بیوشیمی دامپزشکی دانشگاه یاماگوچی ژاپن و همکارانش تلاش کردند یک بخش مشخص از این معما را بررسی کنند: ستون فقرات گربه هنگام چرخش در هوا دقیقاً چه رفتاری دارد؟
نتایج این مطالعه در ۲۴ فوریه ۲۰۲۶ در مجله علمی The Anatomical Record منتشر شد.
پژوهشگران برای بررسی ویژگیهای مکانیکی ستون فقرات، پنج ستون فقرات گربههای مرده را آزمایش کردند. آنها بخش سینهای و کمری ستون فقرات را جداگانه بررسی و میزان حرکت، سفتی، مقاومت و قابلیت پیچش آنها را اندازهگیری کردند.
در مرحله بعد، حرکت تنه دو گربه زنده نیز هنگام انجام حرکت راستشدن در هوا بررسی شد. برای جلوگیری از آسیب، حیوانات از ارتفاع کم رها شدند و محل فرود با یک بالشتک ضخیم و نرم پوشانده شده بود.
ستون فقرات گربه یکدست نیست
نتیجه جالب بود: بخش سینهای ستون فقرات گربه به شکل محسوسی انعطافپذیرتر از بخش کمری است.
قسمت سینهای دامنه حرکتی بیشتری داشت، در برابر پیچش مقاومت کمتری نشان میداد و منطقهای داشت که در آن ستون فقرات میتوانست بدون ایجاد نیروی بازگرداننده قابلتوجه حرکت کند. پژوهشگران این محدوده را «ناحیه خنثی» مینامند.
در آزمایشها، این ناحیه در بخش سینهای حدود ۴۷ درجه بود، در حالی که در بخش کمری چنین ناحیه خنثیای مشاهده نشد. به بیان سادهتر، قسمت بالایی ستون فقرات گربه برای پیچیدن آزادتر است، اما قسمت پایینی بیشتر نقش یک بخش پایدار و سفت را ایفا میکند.
یاسوئو هیگوراشی حتی این ویژگی را به قابلیت پیچش گردن انسان تشبیه کرده است؛ البته با این تفاوت که گربه از انعطافپذیری تنه خود برای تغییر جهت کل بدن در هوا استفاده میکند.
گربه اول بدنش را میچرخاند، بعد قسمت عقب را
تصاویر و بررسی حرکت دو گربه زنده سرنخ دیگری هم در اختیار پژوهشگران گذاشت.
وقتی گربه در هوا تلاش میکند خودش را راست کند، قسمت جلویی بدن زودتر از قسمت عقبی میچرخد.
یعنی گربه مانند یک جسم صلب و یکپارچه نمیچرخد. بدنش بهنوعی از دو بخش تشکیلشده رفتار میکند که میتوانند نسبت به یکدیگر حرکت کنند.
ابتدا قسمت جلویی بدن تغییر جهت میدهد و سپس قسمت عقبی دنبال آن میآید. تفاوت انعطافپذیری در بخشهای مختلف ستون فقرات، امکان چنین حرکتی را فراهم میکند.
این همان نکتهای است که پژوهش جدید به مسئله قدیمی «گربه در حال سقوط» اضافه میکند: گربه برای چرخیدن در هوا لازم نیست کل بدنش را یکجا بچرخاند؛ میتواند شکل بدنش را تغییر دهد و از همین تغییر شکل برای چرخش استفاده کند.
اما گربه چگونه بدون تکیهگاه در هوا میچرخد؟
اینجا ماجرا وارد قلمرو فیزیک میشود.
اگر یک جسم صلب در هوا بچرخد، قوانین پایستگی تکانه زاویهای محدودیتهای مشخصی برای آن ایجاد میکنند. گربه اما جسمی صلب نیست. ستون فقرات انعطافپذیر، بدن قابلتغییر و نحوه حرکت اندامهایش اجازه میدهد شکل بدن را در حین سقوط تغییر دهد و از این طریق جهتگیری خود را عوض کند.
به همین دلیل، یکی از توضیحهای قدیمی که تصور میکرد گربه با استفاده از دم خود مانند یک ملخ بدنش را میچرخاند، نمیتواند تمام ماجرا را توضیح دهد.
گربههای بدون دم هم میتوانند هنگام سقوط خودشان را راست کنند. بنابراین دم ممکن است در کنترل حرکت یا اصلاح وضعیت بدن نقش داشته باشد، اما عامل اصلی این توانایی نیست.
«خم شو و بچرخ»؛ یکی از مهمترین توضیحهای علمی
یکی از مدلهای شناختهشده برای توضیح این پدیده، چیزی شبیه خمشدن و پیچیدن است.
گربه در این حالت بدنش را از قسمت میانی خم میکند و بخش جلویی و عقبی بدن را در جهتهای مخالف میچرخاند. بعد با تغییر دوباره شکل بدن، مجموع این حرکات باعث میشود گربه جهتگیری خود را در هوا تغییر دهد.
مدل دیگری که به آن «جمعکردن و چرخیدن» یا tuck-and-turn گفته میشود، بر تغییر وضعیت پاها و جمع و باز کردن اندامها تأکید دارد.
گریگوری گبور، فیزیکدان و نویسنده کتاب Falling Felines and Fundamental Physics، معتقد است گربه احتمالاً فقط از یکی از این روشها استفاده نمیکند؛ بلکه مجموعهای از حرکات را با هم ترکیب میکند تا بتواند سریعتر و دقیقتر خود را برای فرود آماده کند.
پژوهش جدید نیز باعث شده گبور اهمیت مدل «جمعکردن و چرخیدن» را بیشتر از گذشته مورد توجه قرار دهد، هرچند هنوز نمیتوان گفت یک سازوکار واحد تمام رفتار گربه را توضیح میدهد.
حتی جهت چرخش گربهها هم جالب است
یک نکته عجیب دیگر در آزمایش جدید دیده شد.
دو گربهای که برای بررسی حرکتشان رها شدند، هرکدام در هشت آزمایش چندین بار به سمت راست چرخیدند؛ یکی از آنها در هر هشت آزمایش به راست چرخید و دیگری در شش آزمایش از هشت آزمایش همین جهت را انتخاب کرد.
البته تعداد نمونه بسیار کم است و نمیتوان از این نتیجه یک قانون عمومی ساخت. با این حال، این مشاهده پرسش جالبی ایجاد کرده است: آیا گربهها واقعاً یک ترجیح طبیعی برای چرخیدن به یک سمت دارند؟
گبور احتمال داده است که آرایش نامتقارن اندامهای داخلی ممکن است چرخیدن به یک جهت را اندکی آسانتر کند؛ اما این موضوع هنوز یک فرضیه است و برای اثبات آن به پژوهشهای بیشتری نیاز است.
این توانایی از کجا میآید؟
توانایی راستشدن در هوا فقط به استخوانها و ماهیچهها مربوط نیست. سیستم عصبی گربه نیز نقش مهمی دارد.
مطالعات قدیمیتر روی بچهگربهها نشان دادهاند که رفلکس راستشدن در هوا در هفتههای نخست زندگی شکل میگیرد و تقریباً تا هفته پنجم به مرحله قابلتوجهی از رشد میرسد.
یک مطالعه دیگر روی بچهگربههایی که از بدو تولد بینایی نداشتند نیز نشان داد که این رفلکس میتواند حتی بدون بینایی طبیعی شکل بگیرد؛ یافتهای که نشان میدهد دستگاه دهلیزی گوش داخلی و سیستم عصبی نقش بنیادی در این توانایی دارند.
بنابراین، چیزی که از بیرون شبیه یک «ترفند ساده» به نظر میرسد، در واقع حاصل هماهنگی پیچیده میان مغز، سیستم تعادل گوش داخلی، ستون فقرات، ماهیچهها و اندامهای حرکتی است.
گربهها از قرن نوزدهم دانشمندان را حیرتزده کردهاند
یکی از مشهورترین فصلهای تاریخ این معما در سال ۱۸۹۴ رقم خورد؛ زمانی که اتین-ژول ماره، دانشمند و عکاس فرانسوی، با استفاده از عکاسی پیاپی حرکت یک گربه در حال سقوط را ثبت کرد.
تصاویر ماره که با سرعت حدود ۱۲ فریم در ثانیه ثبت شده بودند، نشان دادند گربه در آغاز سقوط الزاماً چرخش آشکاری ندارد و با تغییر شکل بدنش در طول سقوط میتواند خود را بچرخاند. این تصاویر یکی از نخستین مستندات دقیق علمی از «رفلکس راستشدن گربه» بودند.
امروزه آن تصاویر تاریخی هنوز یکی از مشهورترین نمونههای مطالعه حرکت حیوانات در تاریخ علم به شمار میروند و نسخههایی از آنها در مجموعههای علمی و موزهای نگهداری میشود.
آیا بالاخره راز گربهها حل شده است؟
نه کاملاً.
پژوهش جدید یک قطعه مهم از پازل را پیدا کرده است: ستون فقرات گربه در تمام طول خود یکسان رفتار نمیکند. بخش سینهای انعطافپذیرتر است و بخش کمری سفتتر عمل میکند؛ همین تفاوت میتواند به گربه کمک کند قسمتهای مختلف بدنش را به ترتیب بچرخاند.
اما خود پژوهشگران نیز تأکید دارند که هنوز برای توضیح کامل حرکت گربه در هوا به دادهها و مدلهای بیشتری نیاز است.
به عبارت دیگر، گربهها یک «مکانیزم جادویی» برای نجات خود از سقوط ندارند. آنها مجموعهای شگفتانگیز از ویژگیهای آناتومیکی و عصبی را در اختیار دارند که طی آن، بدن انعطافپذیر، ستون فقرات ویژه، سیستم تعادل و حرکات هماهنگ اندامها در کسری از ثانیه با یکدیگر کار میکنند.
و شاید عجیبترین بخش ماجرا این باشد که پرسشی که بیش از سه قرن ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده، هنوز هم هر بار که یک گربه در هوا میچرخد، چیز تازهای برای آموختن به ما دارد.
خواندنیها
ارسال نظر
ویدیوهای برگزیده
دنیای گیاهان
علم و کیهان