Как паук разгибает ноги с помощью давления жидкости

У пауков давление внутренней жидкости помогает разгибать некоторые суставы ног. Такой механизм работает вместе с мышцами. Исследования движения показывают, почему нельзя считать каждую ногу простым насосом или объяснять всю силу шага только давлением.

Давление и мышцы выполняют разные задачи

В определённых крупных суставах ноги паука нет обычных мышц-разгибателей. Мышцы, проходящие через эти суставы, могут сгибать ногу. Для обратного движения используется повышение давления гемолимфы — жидкости, которая циркулирует внутри тела и выполняет функции, сходные с функциями крови.

Давление создаётся в переднем отделе тела. Жидкость поступает в пространства между тканями ноги, увеличивает объём соответствующих суставов и способствует разгибанию. При этом суставы ближе к основанию ноги управляются мышцами в обоих направлениях. Поэтому утверждение «у паука нет мышц-разгибателей вообще» неверно.

В исследовании две тысячи двенадцатого года измеряли силы при ускоренном убегании крупного бегающего паука. Направление усилий задних ног показало значительный вклад мышц у их основания. Давление продолжало влиять на направление движения, однако не объясняло всю силу толчка.

Этот результат касается изученного вида и движения при ускорении. Он уточняет сочетание двух механизмов, сохраняя значение жидкостного разгибания. Отсутствие определённой мышцы в одном суставе не означает отсутствия мышечной работы во всей конечности.

Быстрый бег меняет согласованность суставов

В работе две тысячи пятнадцатого года исследовали бег техасского коричневого птицееда при четырёх температурах. Учёные сравнивали скорость, длину шага, частоту шагов и изменение углов двух последовательно расположенных суставов, разгибаемых давлением жидкости.

Связь между движениями этих суставов важна потому, что жидкость проходит внутри одной ноги. Можно ожидать, что движение одного участка окажется связано с движением другого. Однако такая связь не обязана сохраняться одинаковой при любой частоте шагов.

В изученном диапазоне птицееды увеличивали скорость главным образом за счёт более частых шагов, тогда как длина шага существенно не менялась. На самой высокой из проверенных температур, когда бег был наиболее быстрым, согласованность изменения углов двух суставов оказалась самой низкой. Это наблюдали и в передних, и в задних ногах.

Авторы предположили, что высокий темп может ограничивать согласование нескольких суставов, разгибаемых давлением: для перемещения гемолимфы остаётся меньше времени. Исследование оценивало связь углов, а не непосредственно записывало весь поток жидкости в каждом шаге. Поэтому объяснение через время её перемещения следует сохранять как возможный механизм. Результат также не означает, что повышение температуры всегда полезно пауку или что лабораторные условия задают режим его содержания.

Поверхность влияет на походку

В исследовании две тысячи девятнадцатого года движение другого птицееда снимали скоростными камерами. Сравнивали три поверхности: твёрдую горизонтальную, мягкую горизонтальную и мягкую наклонную. Затем восстанавливали пространственное движение ног и изменения суставных углов.

На горизонтальных поверхностях походка была в целом близка к чередованию двух групп по четыре ноги. На наклонной мягкой поверхности порядок движений отличался. При этом каждая нога проходила фазу опоры на грунт и фазу переноса, когда её переставляли вперёд.

В изученных условиях ноги большую часть шагового цикла оставались в опоре. На наклонной мягкой поверхности доля этого времени уменьшалась, а особенности постановки ног отличались от движения по горизонтали. Такие показатели авторы связывали с изменением устойчивости ходьбы.

Углы суставов, разгибаемых давлением, менялись в широком диапазоне. Это подтверждало их участие в движении, но сама запись углов не заменяет прямого измерения внутреннего давления. Работа описывает небольшую выборку и определённые поверхности. Её нельзя превращать в универсальный порядок восьми ног на любой местности. Она показывает, как один и тот же общий механизм сочетается с изменением походки при разных условиях опоры.

Что видно на иллюстрации

На изображении птицеед показан сверху: различимы передний отдел тела, округлое брюшко и восемь ходильных ног. Короткие передние придатки не являются дополнительной парой ходильных ног. Неподвижная иллюстрация помогает рассмотреть общий силуэт, но не измеряет давление гемолимфы или работу мышц.