Мыши на «тарзанке» помогли раскрыть секрет походки астронавтов на Луне
В новом исследовании выяснили, почему астронавты на Луне переходили на необычную «скачущую» походку и обнаружили, что подобное поведение свойственно не только людям.
В условиях имитированной лунной гравитации мыши тоже начинают передвигаться прыжками — и причина этого связана с тем, как мозг получает информацию о положении тела. Результаты исследования были опубликованы на сервисе препринтов bioRxiv.
Мыши подпрыгивают точно так же
Оказалось, тяга к такой скачущей походке — не чисто человеческая причуда. Ученые поместили мышей в условия имитированной лунной гравитации и обнаружили, что грызуны спонтанно переходят на похожую несимметричную, подпрыгивающую походку, часто удерживая одну заднюю лапу приподнятой в воздухе.
«К нашему удивлению, мыши действительно скачут», — говорит ведущий автор препринта Алессандро Сантуз, специалист по локомоции из Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка.
Нейробиолог Кэтрин Уилкинсон из Университета Сан-Хосе, не участвовавшая в исследовании, называет работу «по-настоящему классной». По ее словам, находки важны не только для здоровья астронавтов, но и способны «разоблачить» более общие законы того, как человеческое тело реагирует на окружающую обстановку — даже здесь, на Земле.
«Мы можем многое узнать о нормальной физиологии, изучая экстремальные условия», — отмечает она.
Почему взрослые вообще не скачут
Подпрыгивающая походка астронавтов бросается в глаза еще и потому, что маленькие дети скачут постоянно, а вот взрослые — почти никогда.
«Она появляется в детстве, а потом, судя по всему, снова всплывает на Луне», — говорит Сантуз.
Одна из причин, почему взрослые избегают такой походки, в том, что энергетически она обходится «невероятно дорого» по сравнению с ходьбой или бегом, объясняет соавтор исследования Гаспаре Пайеи, физиолог из Миланского университета. Но в более ранней работе Пайеи с коллегами уже показал — в слабой лунной гравитации разница между бегом и ходьбой практически исчезает. Тогда почему астронавты просто не бегали?
Кинезиолог Джесси Роудс из Университета Северной Дакоты, тоже не участвовавший в исследовании, давно подозревает, что дело отчасти в конструкции скафандра.
«Когда костюм под давлением, приходится буквально вращать бедрами относительно друг друга», — отмечает он, а значит, подпрыгивающая походка могла оказаться просто более удобным вариантом.
Что показал эксперимент
Для нового исследования Сантуз с коллегами попросили людей ходить, бегать и скакать на беговой дорожке, поддерживаемые эластичным тросом, имитирующим лунную гравитацию. Эксперименты показали — хотя скачки внешне сильно отличаются от бега, по сути это «реорганизация» бега: те же группы мышц включаются, только в другом порядке.
Затем команда повторила опыт на мышах, подвешивая грызунов на маленьком тросе-эспандере над миниатюрной беговой дорожкой. В условиях искусственной лунной гравитации животные спонтанно переходили на несимметричную, похожую на прыжки походку.
Чтобы понять, что именно вызывает такую перемену, исследователи с помощью токсина избирательно отключили у мышей проприоцепторы — специальные клетки, которые позволяют животным и людям ощущать положение собственного тела в пространстве. Через 48 часов после введения токсина мыши все еще могли ходить, но проприоцепция у них фактически отключилась — и вместе с ней исчезла скачущая походка.
«Хотя они по-прежнему довольно неплохо передвигаются, когда их подвешивают и имитируют лунную гравитацию, — поясняет Сантуз, — скакать они больше не начинают».
По словам Уилкинсон, эти результаты хорошо показывают, «насколько важна сенсорная обратная связь для формирования моторного контроля и реакции на непривычную обстановку». Правда, до сих пор остается загадкой, почему и люди, и мыши в условиях слабой гравитации находят скачки более удобными, чем бег. Астронавт Эдгар Митчелл, пилот лунного модуля «Аполлона-14», говорил, что такая походка оказалась легкой и устойчивой — особенно на спуске.
Компромисс между скоростью и устойчивостью
Тяга к скачкам может объясняться «компромиссом между скоростью и устойчивостью», считает старший автор исследования Никколо Дзампьери, специалист по проприоцепции из того же центра. И бег, и скачки включают в себя фазу полета, когда обе ноги отрываются от земли, позволяя двигаться размашистыми прыжками. Но в отличие от бега, скачки включают еще и фазу, когда обе ноги одновременно касаются земли — а это как раз и дает нужную устойчивость на песчаной, неровной лунной поверхности.
«В таких условиях, — рассуждает Дзампьери, — это становится лучшим способом передвижения».
Такое объяснение совпадает с опытом самого Сернана. В лунном дневнике «Аполлона-17» он рассказывал астроному Эрику Джонсу, что именно прыжковая походка оказалась для него самым удобным способом передвижения: астронавт мог делать длинные прыжки, приземляться на обе ноги и двигаться по Луне достаточно легко и устойчиво.
Почему это важно для будущих полетов
Подобные исследования могут пригодиться НАСА при подготовке программы Artemis, которая должна вернуть людей на Луну. Как отмечает Роудс, астронавты «Аполлонов» никогда не проводили на лунной поверхности больше нескольких дней, а вот будущим экипажам, возможно, предстоит жить на постоянной лунной базе месяцами. Помимо всех проблем со здоровьем, которые несет слабая гравитация — атрофии мышц и потери костной массы, — таким астронавтам придется столкнуться еще и с травмами от постоянных скачков. Астронавты «Аполлонов» обычно отдавали предпочтение одной стороне тела — Роудс называет это «дурной привычкой», способной привести к подошвенному фасцииту и другим проблемам.