Если коротко: летучие мыши спят вниз головой, потому что для них это самая дешёвая и самая безопасная поза. Во-первых, у многих видов в пальцах ног есть сухожильный «замок»: под весом тела он защёлкивается сам, и когти держат опору без работы мышц. Во-вторых, взлететь с ровной земли большинству из них трудно, а с потолка достаточно разжать лапы — падение превращается в полёт. В-третьих, на своде пещеры или под крышей до спящего зверька почти никто не доберётся. А кровь в голову не «бьёт», потому что зверёк крошечный: столб крови в его теле короткий и давит слабо.
Привет! Это канал «Обо всём» — мы берём вопросы, на которые «все знают ответ», и проверяем, что за ним стоит. Сегодня 31 октября, Хэллоуин, и самое время разобраться с главным символом праздника. Летучая мышь, висящая вниз головой, кажется нам существом из страшной сказки. На деле это пример очень расчётливой инженерии, где каждая деталь экономит силы.
Висеть — это отдых, а не усилие: сухожильный замок в пальцах
Попробуйте повисеть на турнике минуту. Пальцы устают быстро, потому что сжатая кисть у человека — это постоянная работа мышц предплечья. Если бы летучая мышь держалась так же, она не смогла бы проспать вниз головой весь день, а зимой — провисеть так неделями.
Разгадка нашлась в анатомии пальцев. Обычно у млекопитающих сухожилие сгибателя скользит внутри своего «чехла» — сухожильного влагалища — с минимальным трением. У многих летучих мышей устроено наоборот. Как описали морфологи Терри Куинн и Джулиан Баумел, на сухожилии есть участок с бугорками, а на стенке влагалища — поперечные складки: когда они входят друг в друга, сухожилие фиксируется на месте. Авторы прямо сравнивают это с храповиком и пишут, что механизм помогает висеть «с небольшими мышечными усилиями». Замок стоит напротив первой фаланги каждого пальца стопы и большого пальца крыла.
Логика такая: зверёк цепляется когтями, обмякает, и его собственный вес натягивает сгибатели. Натянутое сухожилие защёлкивается, коготь остаётся согнутым. Висеть становится состоянием покоя — мышцы могут полностью расслабиться. Чтобы отцепиться, нагрузку с лапы нужно снять, и защёлка отпускает.
Тот же трюк — у птиц, но не у всех летучих мышей
Самое любопытное в этой работе — две оговорки. Похожий механизм есть у многих птиц, которые спят на ветке: природа дважды независимо пришла к одному решению, и авторы называют это прекрасным примером конвергентной эволюции. А у части летучих мышей замка не нашли вовсе, и прежде всего — у американских листоносов (Phyllostomidae). Учёные изучили представителей 15 семейств рукокрылых. Так что «вес держит когти сам» — правда для многих, но не для всех. Это хороший повод не верить слишком гладким объяснениям.
Есть и более старая, биомеханическая гипотеза: в 1977 году Дональд Хауэлл и Джозеф Пилка опубликовали в Journal of Theoretical Biology статью с говорящим названием «Почему летучие мыши висят вниз головой». Её идея: облегчённым ради полёта задним конечностям проще работать на растяжение, вися под потолком, чем держать вес тела на сжатие, как ноги стоящего зверя. Ноги летучих мышей и правда необычны: по замерам биомехаников, задняя конечность развёрнута на 90° и больше относительно положения у предков-млекопитающих, потому что участвует в натяжении перепонки крыла. Для ходьбы такая нога неудобна, для подвеса — в самый раз.
Взлёт через падение: почему с земли стартовать трудно
Птица взлетает с земли прыжком: мощные ноги подбрасывают тело, крылья в этот момент уже работают. У летучей мыши ноги тонкие и лёгкие, а крыло — это растянутая между пальцами кожная перепонка. Набрать скорость для подъёма с места большинству видов тяжело. Поэтому самый дешёвый старт — сверху: разжал лапы, провалился на несколько десятков сантиметров, раскрыл крылья и уже летишь.
Насколько это особый навык — стартовать с земли, — хорошо видно на исключении. Обыкновенный вампир кормится, подбираясь к спящему скоту по земле, и должен уметь сорваться в воздух прямо с пола. Биологи во главе с Биллом Шуттом сняли этот старт скоростной камерой на платформе с датчиками силы. Оказалось, что вертикальный прыжок для взлёта уникален среди летучих мышей и делается не ногами, а передними конечностями — крыльями, сложенными как руки. Пиковая сила отталкивания достигает 9,5 веса тела примерно за 30 миллисекунд, и зверёк отрывается от земли со скоростью около 2,4 м/с. Остальным рукокрылым такой отдельный «механизм прыжка» не достался — и потолок им заменяет стартовую площадку.
Обратная сторона: посадка на потолок — акробатика
Повиснуть вниз головой можно только одним способом — приземлиться на потолок. А зависнуть в воздухе «ногами вверх», чтобы спокойно ухватиться, летучая мышь не может. Команда Дэниела Рискина из Брауновского университета поставила под потолок платформу с датчиками и засняла, как садятся три вида. Перед касанием зверёк делает в воздухе сальто, подводя к опоре когти, и при этом должен коснуться мягко, чтобы не повредить тонкие задние лапы. Древесный фруктоед Cynopterus brachyotis садится «на четыре точки» — цепляется одновременно ногами и большими пальцами крыльев. Два пещерных вида касаются потолка только ногами, переворачиваясь сразу по трём осям, причём у отдельных особей есть привычка крутиться вправо или влево, как у людей — ведущая рука.
Потолок как крепость: где летучую мышь никто не достанет
Третья причина — безопасность. Днём летучая мышь спит, а зимой многие виды умеренных широт впадают в спячку. Беззащитный зверёк весом в несколько граммов — лёгкая добыча для куницы, кошки, совы или змеи. Самое надёжное место — гладкий свод пещеры, щель под кровлей, потолок заброшенной штольни или чердака: туда не дотянуться ни снизу, ни сбоку.
Важно, что эти места пустуют не случайно. Чтобы ими пользоваться, нужно уметь цепляться за потолок и не тратить на это силы — то есть ровно то, что дал сухожильный замок. Все три объяснения сходятся в одну систему: замок делает подвес бесплатным, подвес даёт безопасный насест, а с насеста можно стартовать падением. Отказаться от любого звена — и остальные теряют смысл.
Есть и бонус для общих колоний. Свод большой пещеры может вместить тысячи зверьков: им не нужен ровный пол, места хватает на всей поверхности потолка. А из этого вытекают и минусы: такие скопления уязвимы, если их тревожат зимой, — разбуженная в спячку колония тратит запасы жира, которых может не хватить до весны.
А кровь не приливает к голове?
Это самый частый вопрос, и ответ в нём почти целиком физический. Когда человек встаёт на голову, лицо краснеет, а в висках стучит, потому что над головой оказывается полтора метра с лишним «столба» крови. Давление такого столба считается по школьной формуле ρ·g·h: плотность крови (около 1060 кг/м³) умножить на ускорение свободного падения и на высоту. Для 1,7 метра выходит около 130 мм рт. ст. — сравнимо с самим артериальным давлением.
А теперь возьмём летучую мышь с тельцем сантиметров в шесть. Та же формула даёт порядка 5 мм рт. ст. — в двадцать с лишним раз меньше. Для такого маленького зверька разница между «вниз головой» и «вверх головой» примерно как для нас разница между лёжа на спине и лёжа на боку. Это грубая оценка: на деле давление в сосудах головы зависит ещё от сердца, тонуса сосудов и положения тела. Но порядок величин объясняет главное: гравитация для мелкого животного почти не важна.
В популярных текстах часто пишут про «особые клапаны в венах летучих мышей, гораздо эффективнее наших». Научной работы, которая бы это подтверждала, мы не нашли — поэтому и повторять не будем. Достаточно размера. Кстати, у крупных крыланов с размахом крыльев больше метра поза та же, но и их тело всё равно короче человеческого в несколько раз.
Миф: «все летучие мыши пьют кровь и ничего не видят»
Раз уж сегодня Хэллоуин, разберём главный образ из фильмов ужасов. Летучих мышей в мире очень много: в базе «Летучие мыши мира» Американского музея естественной истории сейчас 1515 видов. Кровью из них питаются ровно три. Как сказано в материалах музея Техасского технического университета, признано три вида вампиров, и это единственные млекопитающие, которые питаются исключительно кровью. Живут они только в Америке — от Мексики до Аргентины и Чили. Обыкновенный вампир кормится в основном на скоте, двое других — главным образом на птицах, а людей вампиры кусают очень редко.
Все три вампира — из того самого семейства листоносов, где, напомним, сухожильного замка у многих видов нет. В семействе больше 160 видов, и большинство из них едят фрукты, нектар, насекомых или лягушек. Кровь как основная пища, по данным того же музея, возникла у позвоночных всего один раз — у общего предка трёх вампиров. Слюна вампира не даёт ранке свернуться, поэтому зверёк делает небольшой надрез и слизывает кровь, а не «высасывает» её, как граф Дракула.
«Слеп как летучая мышь» — тоже неправда
Вторая половина мифа — про слепоту. Многие летучие мыши ориентируются эхолокацией, но глаза у всех видов есть и работают. Служба национальных парков США прямо называет слепоту мифом: летучие мыши видят нормально, а некоторые крупные фруктоядные виды — в три раза лучше человека. Эхолокация не заменяет зрение, а дополняет его в темноте.
Если летучая мышь попала в дом
Из механизма следует и практический совет. Если зверёк залетел в комнату и сел на пол, он не «умирает» — ему просто трудно взлететь с ровного места. Не берите его голыми руками. По той же памятке Службы нацпарков, бешенство есть меньше чем у 1% летучих мышей, но у зверьков, которые ведут себя странно или оказались рядом с людьми, шанс в десять раз выше — а зверёк на полу комнаты как раз такой случай. Откройте окно, выключите свет в комнате и дайте зверьку забраться повыше — на штору или стену: оттуда он стартует сам, падением, как привык. Если зверёк ранен или вы до него дотронулись, обратитесь к ветеринару или в местную службу помощи диким животным, а при укусе или царапине — к врачу в тот же день.
Коротко
— Висеть вниз головой летучей мыши выгоднее, чем стоять: у многих видов сухожильный «храповик» в пальцах держит когти сжатыми под весом тела без работы мышц. Такой же механизм независимо появился у птиц.
— У части видов, прежде всего у американских листоносов, такого замка нет — универсальное объяснение работает не для всех.
— С земли большинству летучих мышей взлетать трудно, а с потолка достаточно разжать лапы. Исключение — вампир, который стартует мощным прыжком на крыльях.
— Потолок пещеры — безопасный насест, недоступный хищникам.
— Кровь в голову не «бьёт», потому что тело зверька короткое: давление столба крови в десятки раз меньше, чем у человека.
— Из 1515 видов кровью питаются только три, и все живут в Америке. И нет, летучие мыши не слепые.
Пока нет комментариев