Разнообразие аспектов поведения животных (на примере установления движения)

если активность высока, разнообразна потенциально и реально непредсказуема, то ее сложно описывать

поэтому так трудно анализировать даже относительно редуцированные ситуации (пример со скачками: мощность изменяется – быстрая и медленная мускулатура, связь с целесообразностью; сила как эмпирическая в зависимости от массы + удобно только для бега на 4-х конечностях = как трудно описать, тем более, сделать прогноз),

Проблему описания сложного поведения иллюстрирует пример движения животных (в частности, лошади, гепарда, леопарда и собаки как животных, способных к быстрому перемещению) и человека (как хорошо изученного и описанного + разработанная основа/поддержка с точки зрения физики – механика, гидродинамика): (П) разгон бегуна

+ интересно также тем, что при анализе разгона бегуна как движения все обсуждаемое ранее нужно = рассматриваем построение из кубиков физиологического конструктора – движение это результат работы мышц, обеспечиваемый поступлением кислорода и запасами энергетических субстратов

С механической точки зрения разгон при движении в общем случае – это пример баланса типа экономического (пример данных для разгона лошади при забеге на ипподроме приложение к лекциям – работа М.Матросова на сайте kolbio.ru)

P = m a v + F(v) v

где слагаемое m a v представляет мощность на увеличение скорости, а слагаемое F(v) v – мощность на поддержание достигнутой скорости

Механическую активность, проявляемую организмом, представляет развиваемая им мощность P = P(v,t,…), а преодолеваемые ограничения – сила F(v), объединяющая сопротивление среды и ограничения движению собственно организма. С точки зрения целесообразности желательно так изменять мощность P, чтобы при заданной силе F(v) быстрее достичь достаточно высокой (максимальной для заданной перспективы движения) скорости v, которую затем можно длительно поддерживать.

Затраты на поддержание скорости – «сила сопротивления»

Как следует представить зависимость затрат на поддержание скорости («силы сопротивления») от скорости и массы? В соответствии с ФЖ (с. 290) при беге на 4-х конечностях затраты F = F(m) изменяются с массой примерно в тенденции m^2/3 и не зависят от скорости. Зависимость от скорости, похожая на линейную (как в Приложении) наблюдается при ходьбе (ФЖ, с. 285), для этого варианта объяснения – можно понижать высоту подъема + уменьшать разгон для перемещения конечностей). При больших скоростях неизбежно появляется сила сопротивления в связи с выталкиванием воздуха перед движущимся телом со сложной зависимостью от параметров подобия (см. например, Ландау, Лившиц «Гидродинамика», с. 256) и формы тела. Пример затрат на движение для кенгуровой крысы в широком диапазоне скоростей – в статье…

Изменение мощности

Мощность при наблюдаемом разгоне животных и человека существенно изменяется – в 10 и более раз.

По факту значительное изменение мощности в режиме высокой активности объяснимо в силу наличия мускулатуры разного типа, а по целесообразности (см. выше) позволяет более быстро обеспечить быстрый выход на стационарный режим с некоторой длительно поддерживаемой скоростью. Для хищника актуальность в том, чтобы преследовать и догнать жертву с наименьшими затратами (и важно исключить возможные травмы); для жертвы, чтобы уйти от хищника.

Для хищника-засадчика (кошачьего типа) характерна большая масса быстрой мускулатуры, которая быстро утомляется, но позволяет кратковременно развивать очень большую мощность. Для хищника преследователя (собачьего типа) характерна большая масса медленной неутомляемой мускулатуры. Для травоядного животного также актуальна медленная неутомляемая мускулатура, обеспечивающая экономичность перемещений при получении растительной пищи и перемещений в связи с защитой от реального или потенциального хищника. С поведенческой точки зрения ему также необходим постоянный контроль достаточного расстояния от реальной или потенциальной засады хищника (чтобы утомление последнего при преодолении этого расстояния не давало ему преимущества в скорости).

Конкретное выражение целесообразности для соотношения масс мускулатуры разного типа определяет очевидная оптимизационная альтернатива. При малом количестве быстрой мускулатуры выход на стационарный режим происходит относительно медленно. При большом количестве быстрых мышц нужно постоянно переносить и поддерживать дополнительный груз, которым они являются.

Тренировки и физиологическая адаптация позволяют изменять соотношение масс, в этом смысле подготовка к забегам на короткие или длинные дистанции требует соответствующих изменений в соотношении масс. Важны видовые и индивидуальные особенности, в этом смысле есть генетическая предрасположенность к выбору дистанции (в сравнении с заданными конкурентами и другими ограничениями конкретной ситуации выбора).

С физиологической точки зрения естественно/следует представлять механическую мощность P в зависимости от нагрузки с выявлением типа мускулатуры и особенностей ее утомления, а также механизма движения и эффективности работы мышц в зависимости от совершенства имеющихся возможностей при заданном механизме. Одна и та же механическая мощность дает разный эффект при перемещении любого заданного типа. Такое отличие затрат можно представить, как различие в силе сопротивления F (при заданных механической мощности и других характеристиках бегуна – его массы, геометрии, общей биологической организации и т.д.).