Кіріспе

Жануарлардың аяқ-қолдарының қозғалысы – барлық жануарлардың жүрісі. Жүріс – адамды қоса алғанда, жануарлардың қатты беткейде аяқ-қолдарын қозғау үлгісі. Көптеген жануарлар жылдамдық, жер бедері, маневр жасау қажеттілігі және энергияны тиімді пайдалану сияқты факторларға байланысты әртүрлі жүріс түрлерін қолданады. Жануарлардың әртүрлі түрлері анатомиялық ерекшеліктеріне байланысты кейбір жүріс түрлерін пайдалана алмайды немесе тіршілік ортасының айырмашылықтарына байланысты дамыған туа біткен қалауларына байланысты әртүрлі жүріс түрлерін қолдануы мүмкін. Әр жүріс түріне нақты атау берілгенімен, биологиялық жүйелердің күрделілігі және ортамен өзара әрекеттесуі осы айырмашылықтарды ең жақсы жағдайда "шартты" етеді. Жүріс әдетте аяқтардың қозғалыс үлгісі бойынша жіктеледі, бірақ соңғы зерттеулер механикаға негізделген анықтамаларды ұсынады. Бұл термин көбінесе су немесе ауа сияқты ортада аяқ-қолдармен қозғалысқа емес, кері күштерді тудыру арқылы қатты беткейде қозғалысқа қатысты. Жануарлардың жылдам қозғалысының салдарынан, аяқ-қолдардың қозғалыс үлгісін түсіну үшін қарапайым байқау жеткіліксіз. Аяқ іздері немесе аяқ дыбысы бойынша жүріс түрлерін жіктеуге жасалған алғашқы тыраштан кейін, Эдвард Муйбридж пен Этьен Жюль Марей жылдам фотосуреттер сериясын түсіре бастағанда ғана жүріс-тұрысты ғылыми тұрғыдан зерттеу мүмкін болды.

Шолу

Милтон Хильдебранд қазіргі заманғы ғылыми талдауды және жүріс түрлерін жіктеуді алғаш рет дамытты. Әр аяқтың қозғалысы тіреу фазасына, онда табан жермен жанасады, және иіру фазасына, онда табан көтеріліп алға жылжытылады, бөлінді. Әрбір аяқ циклді бірдей уақытта аяқтауы тиіс, әйтпесе бір аяқтың қалғандарымен арақатынасы уақыт өте өзгеруі мүмкін, және тұрақты үлгі пайда бола алмайды. Осылайша, кез келген жүріс үш аяқтың тіреу фазасының басталуы мен аяқталуына қатысты, әдетте сол артқы аяқ циклы бойынша толық сипатталады.

Өзгергіштер

Қадамдар әдетте аяқ-қол қозғалысына сүйене отырып, "симметриялық" және "асимметриялық" деп жіктеледі. Бұл терминдердің сол-оң симметриямен ешқандай қатысы жоқ екенін ескеру маңызды. Симметриялық қадамда, жұп аяқ-қолдар кезекпен қозғалады, ал асимметриялық қадамда аяқ-қолдар бірдей уақытта қозғалады. Асимметриялық қадамдар кейде "секіру қадамы" деп аталады, себебі оларда тоқтап тұру фазасы болады. Қадамның негізгі айнымалылары – жұмыс коэффициенті және алдыңғы аяқ-қолдың артқы аяқ-қолмен фазалық байланысы. Жұмыс коэффициенті – бұл белгілі бір аяқтың толық цикл ішінде жерде болу уақытының пайызы. Бұл көрсеткіш әдетте алдыңғы және артқы аяқ-қолдар үшін бірдей болады, егер жануар арнайы жаттықтырылған қадаммен қозғалмаса немесе жылдамдығын арттырмаса немесе азайта қоймаса. 50%-дан жоғары жұмыс коэффициенттері "басу" деп, ал 50%-дан төмендері "жүгіру" деп есептеледі. Алдыңғы және артқы аяқ-қолдардың фазасы – аяқ-қол жұптары арасындағы уақыттық қатынас. Егер бір жақтың алдыңғы және артқы аяқ-қолдары бір уақытта тіреу фазасын бастаса, фаза 0 (немесе 100%) болады. Егер сол жақтың алдыңғы аяқ-қолы циклдің жартысынан кейін артқы аяқ-қолынан кейін жерге тисе, фаза 50% құрайды.

Жүріс-тұрыстың физиологиялық әсерлері

Қадам таңдау аяқ-қол қозғалысы мен жылдамдығының тікелей өзгеруінен асып түсетін әсерлерге ие болуы мүмкін, әсіресе тыныс алу (желдету) жағынан. Кесірткелер мен саламандралардың диафрагмасы болмағандықтан, олар өкпелеріне ауа толтыру және шығару үшін дене қабырғаларын кеңейту және жиыру керек, бірақ осы бұлшық еттер қозғалыс кезінде денені бүйірлей толқындату үшін де қолданылады. Сондықтан, олар бір уақытта қозғала да, тыныс ала алмайды, бұл жағдайды Кэрриердің шектеуі деп атайды. Дегенмен, кейбіреулері, мысалы, монитор кесірткелері, ауыз қуысы арқылы сору арқылы осы шектеуді жеңе алады. Ал жүгіріп бара жатқан сүтқоректілердің омыртқасы иілгенде, ішкі органдар поршеньдей жұмыс істейді, жануардың омыртқасы иіліп, түзуленгенде өкпелерді кеңейте және тарылтады, бұл тыныс алуды күшейтеді және оттегімен алмасуға мүмкіндік береді.

Түрлер арасындағы айырмашылықтар

Жануарлар әдетте жылдамдыққа байланысты әртүрлі қимыл-қозғалыс түрлерін қолданады. Көптеген жануарлар симметриялық қимыл-қозғалысқа қабілетті, ал асимметриялық қимыл-қозғалыс көбінесе сүтқоректілерге тән, олар қадам ұзындығын арттыру үшін жеткілікті омыртқа иілгіштігіне ие (бірақ шағын крокодилдер де секіріп жүруге қабілетті). Жүру және жүгіру кезіндегі бүйірлік тізбектелген қимыл-қозғалыс сүтқоректілерде ең көп кездеседі[3], бірақ маймылдар, кейбір опоссумдар және кинкажулер сияқты ағаш сүтқоректілері тұрақтандыру үшін диагональдық тізбектелген жүріс қолданады[3]. Диагональдық тізбектелген жүріс және жүгіру (сонымен қатар «трот» деп те аталады) саламандралар мен кесірткелер сияқты кең жайылған төрт аяқты жануарлармен, олардың қозғалыс кезіндегі денелерінің бүйірлік тербелістеріне байланысты жиі қолданылады. Екі аяқты жануарлар ерекше жағдайды құрайды, және олардың көпшілігі табиғи қозғалыс кезінде тек үш түрлі қимыл-қозғалыс көрсетеді: жүру, жүгіру және секіру. Адамның секіруі сияқты басқа қимыл-қозғалыстар мақсатты түрде күш жұмсамай қолданылмайды. Алты аяқты жануарлардың қимыл-қозғалысы, әсіресе дрозофила және таяқшалы жәндіктер (Phasmatodea) үшін жақсы сипатталған. Дрозофилалар үш аяғымен жерге тіреліп тұрып, қалған үш аяғын бірге қозғалтатын үш тіреуішті жүріс-тұрысты қолданады. Дегенмен, қимыл-қозғалыстың өзгеруі үздіксіз болады. Шыбындар қимыл-қозғалыс түрлері арасында айқын өткел көрсетпейді, бірақ жоғары жылдамдықтарда үш тіреуішті конфигурацияда жүруге бейім. Төмен жылдамдықтарда олар 4 немесе 5 аяғымен жүруі мүмкін. Төрт аяқты жануарлардың үйлесімділігі (егер 4 аяқ тіреуде болса) диагональды қарама-қарсы аяқ жұптарының бірге қозғалғанда жүзеге асады. Толқын (кейде метахрондық толқын деп аталады) – бұл бір мезгілде тек бір аяқтың қозғалысқа кіретін жүріс. Бұл қозғалыс денеден артқа қарай, содан кейін қарсы бағытта таралады. Таяқшалы жәндіктер, ірі алты аяқты жануарлар, личинка кезеңінде ғана үш тіреуішті жүріс көрсетеді. Ересек болғанда, олар төмен жылдамдықтарда метахрондық толқынмен жүреді, онда бір мезгілде тек бір аяқ қозғалады. Жоғары жылдамдықтарда олар екі аяғы жұптасып қозғалған төрт аяқты жануарлардың үйлесімділігімен немесе метахрондық толқынмен жүреді, бір мезгілде бір аяғын ғана қозғалтады.

Энергияға негізделген жүріс-тұрыстың жіктелуі

Қадамдар аяқпен тірелуіне қарай жіктелуі мүмкін, бірақ бүкіл дене кинематикасы және күш пластинкалары туралы жаңа зерттеулер қозғалыстың механикасына негізделген балама жіктеу жүйесін тудырды. Осы жүйеде қозғалыстар жүріс және жүгіруге бөлінеді. Жүріс қадамы дененің аяқ үстінен "домалап өту" қозғалысымен сипатталады, көбінесе кері маятник ретінде сипатталады (кинетикалық және потенциалдық энергияның фазадан шығуын көрсетеді), бұл механизмді Джованни Каванья сипаттаған. Жүгіру кезінде кинетикалық және потенциалдық энергия бір фазада өзгереді, ал энергия өзгерісі серіппелер сияқты жұмыс істейтін бұлшықеттерге, сүйектерге, сіңірлерге және байланыс тіндеріне беріледі (сондықтан ол серіппелі масса моделімен сипатталады).

Энергетика

Жылдамдық әдетте қадамдаманы анықтайды, төрт аяқты сүтқоректілер жылдамдық артаған сайын жүрістен жүгіруге, ал жүгіруден шабысқа көшеді. Осы қадамдамалардың әрқайсысының ең тиімді жылдамдығы болады, онда бір метрге жұмсалатын калория мөлшері ең аз, ал жылдамдық азайғанда немесе артқанда шығындар көбейеді. Қадамдамалардың өзгеруі, шапшаң жүрістің құны баяу жүгірудің құнынан артық болатын жылдамдық маңында жүзеге асады. Ешқандай шектеусіз жануарлар энергия шығынын азайту үшін әдетте қадамдамаларының ең тиімді жылдамдығымен қозғалады. Қозғалыс шығыны әртүрлі қадамдамалардың, сондай-ақ әртүрлі жануарлардың қадамдамаларының энергетикалық ерекшеліктерін салыстыру үшін қолданылады.

Тетрапод емес жүріс

Жердегі омыртқалы жануарларда аяқ санының айырмашылығына қарамастан, жүрістің инверттік маятник моделі мен жүгірудің серпімді масса моделіне сәйкес, 2, 4, 6 немесе одан да көп аяғы бар жануарларда "жүріс" және "жүгіру" түрлері кездеседі. "Қозғалыс" термині тіпті ұшатын және жүзетін, ерекше ояну вихрелерін тудыратын организмдерге де қолданылады.