Мыши на тарзанке помогли раскрыть тайну того, как астронавты ходили по Луне

Новое исследование выяснило, почему астронавты на Луне выбрали необычную «прыгающую» походку, и обнаружило, что такое поведение характерно не только для людей.

Мыши подпрыгивают одинаково

Оказалось, что тяга к такой галопирующей походке – не чисто человеческая причуда. Ученые поместили мышей в условия, моделирующие лунную гравитацию, и обнаружили, что грызуны спонтанно переняли похожую асимметричную, подпрыгивающую походку, часто держа одну заднюю ногу поднятой в воздух.

«К нашему удивлению, мыши действительно прыгают», — говорит ведущий автор препринта Алессандро Сантуз, специалист по передвижению в Центре молекулярной медицины Макса Дельбрюка.

Нейробиолог Кэтрин Уилкинсон из Государственного университета Сан-Хосе, не принимавшая участия в исследовании, называет работу «действительно крутой». По ее словам, полученные результаты важны не только для здоровья астронавтов, но и потенциально могут «разоблачить» более широкие законы о том, как человеческое тело реагирует на окружающую среду — даже здесь, на Земле.

«Мы можем многое узнать о нормальной физиологии, изучая экстремальные условия», — отмечает она.

Почему взрослые вообще не прыгают?

Подпрыгивающая походка космонавтов поражает еще и тем, что маленькие дети все время прыгают, а взрослые почти никогда этого не делают.

«Он появляется в детстве, а затем, по-видимому, снова появляется на Луне», — говорит Сантуз.

Одна из причин, по которой взрослые избегают этого типа походки, заключается в том, что он «невероятно затратен» с точки зрения энергии по сравнению с ходьбой или бегом, объясняет соавтор исследования Гаспаре Пайей, физиолог из Миланского университета. Но в более ранних работах Пайей и его коллеги уже показали, что при слабой лунной гравитации разница между бегом и ходьбой практически исчезает. Тогда почему астронавты просто не побежали?

Кинезиолог Джесси Роудс из Университета Северной Дакоты, который также не принимал участия в исследовании, давно подозревал, что отчасти проблема заключается в конструкции скафандра.

«Когда костюм находится под давлением, вам буквально приходится вращать бедрами относительно друг друга», — отмечает он, а это означает, что подпрыгивающая походка может быть просто более удобным вариантом.

Что показал эксперимент

В ходе нового исследования Сантуз и его коллеги просили людей ходить, бегать и прыгать на беговой дорожке, опираясь на эластичный трос, имитирующий лунную гравитацию. Эксперименты показали, что хотя прыжки внешне сильно отличаются от бега, по сути это «реорганизация» бега: задействуются те же группы мышц, только в другом порядке.

Затем команда повторила эксперимент на мышах, подвешивая грызунов на небольшом кабеле сопротивления над миниатюрной беговой дорожкой. В условиях искусственной лунной гравитации животные спонтанно перешли на асимметричную, прыгучую походку.

Чтобы понять, что именно вызывает это изменение, исследователи использовали токсин для избирательного отключения у мышей проприорецепторов — специальных клеток, которые позволяют животным и людям ощущать положение собственного тела в пространстве. Через 48 часов после инъекции токсина мыши все еще могли ходить, но их проприоцепция практически отключилась, а вместе с этим исчезла и скачущая походка.

«Хотя они по-прежнему довольно хорошо движутся, когда они подвешены и имитируют лунную гравитацию, — объясняет Сантуз, — они больше не начинают прыгать».

Уилкинсон сказал, что эти результаты подчеркивают, «насколько важна сенсорная обратная связь в формировании двигательного контроля и реакции на незнакомую среду». Правда, до сих пор остается загадкой, почему и людям, и мышам скачки удобнее бега в условиях слабой гравитации. Астронавт Эдгар Митчелл, пилот лунного модуля Аполлона-14, сказал, что походка была легкой и стабильной, особенно при спуске.

Компромисс между скоростью и стабильностью

Тяга к гонкам может быть объяснена «компромиссом между скоростью и стабильностью», — говорит старший автор исследования Никколо Зампьери, специалист по проприоцепции в том же центре. И бег, и скачки включают в себя фазу полета, когда обе ноги отрываются от земли, что позволяет совершать резкие прыжки. Но в отличие от бега, прыжки включают еще и фазу, когда обе ноги одновременно касаются земли – и именно это придает необходимую устойчивость на песчаной, неровной лунной поверхности.

«В таких условиях, — утверждает Зампиери, — это становится лучшим способом передвижения».

Это объяснение совпадает с опытом самого Сернана. В лунном дневнике «Аполлона-17» он рассказал астроному Эрику Джонсу, что прыжковая походка оказалась для него наиболее удобным способом передвижения: астронавт мог совершать длинные прыжки, приземляться на обе ноги и довольно легко и устойчиво передвигаться по Луне.

Почему это важно для будущих полетов?

Такие исследования могут быть полезны НАСА при подготовке программы «Артемида», которая должна вернуть людей на Луну. Как отмечает Родс, астронавты «Аполлона» никогда не проводили на поверхности Луны более нескольких дней, но будущим экипажам, возможно, придется жить на постоянной лунной базе месяцами. Помимо всех проблем со здоровьем, которые приносит низкая гравитация — атрофии мышц и потери костной массы — таким космонавтам также придется иметь дело с травмами от постоянных подпрыгиваний. Астронавты Аполлона, как правило, отдавали предпочтение одной стороне своего тела, что Родс называет «плохой привычкой», которая может привести к подошвенному фасцииту и другим проблемам.