12

Бежать на двух (или более) ногах

Хотя бы ум человеческий и делал различные изобретения, различными орудиями отвечая одной цели, никогда он не найдет изобретения более прекрасного, более легкого и более верного, чем [изобретения] природы, ибо в ее изобретениях нет ничего недостаточного и ничего лишнего.

Леонардо да Винчи (XV в.)

Спортсмен должен принимать множество стратегических решений. Некоторые из них основаны на научных данных, и что-то можно подсмотреть у животных. Так же, как художник должен знать эффекты цветовых комбинаций, технику нанесения краски, затенения и бликов, бегун должен знать физиологию – посредницу в достижении мастерства. Тем не менее, несмотря на то что животные могут кое-что рассказать нам о средствах достижения успеха, результат – что в живописи, что в беге – в конечном счете является искусством, потому что разнообразие его составляющих безгранично.

Количество ног и скорость бега значительно варьируются у разных животных. Поскольку бег развивался независимо у различных эволюционных рядов членистоногих, динозавров, птиц, рептилий и млекопитающих, мы можем резонно задаться вопросом, влияет ли количество ног на скорость. В IV веке до н. э. Аристотель сказал: «Если один путь лучше другого, то будьте уверены, что это путь природы». Но путь природы – это множество разнообразных путей. Аристотель сделал много оригинальных наблюдений за природой, но он, очевидно, не знал об исторически сложившихся ограничениях и компромиссах, к которым мы должны приспосабливаться.

Калифорнийская кукушка-подорожник

Мы произошли от предков, ползавших на четырех конечностях; руками и ногами мы были благословлены или, наоборот, скованы в ходе последующей эволюции. Увеличивает или уменьшает скорость двуногость? У членистоногих есть много вариаций количества ног, что позволяет проводить сравнения. Те многоножки, которые в зависимости от вида имеют от 100 до 200 ног, передвигаются медленно, даже если большинство ног работают сообща волнами: некоторые поднимаются, а некоторые опускаются вниз одновременно. Многоножки-хилоподы, у которых всего около пятидесяти ног, тоже не скороходы, за исключением скутигер. Некоторые хилоподы, как и сенокосцы (паукообразные), отбрасывают ноги при погоне, а свободные, шевелящиеся ноги дергаются и отвлекают нападающего, пока жертва убегает. Восьминогие пауки бывают быстрее многоножек, к тому же на месте потерянной ноги у них отрастает новая. Возможно, они нужны им все как для плетения паутины, так и для передвижения. У насекомых шесть ног, и некоторые из них, как и упомянутые выше жуки-скакуны, очень быстрые бегуны, по крайней мере, в жаркий день. Другие – утомительно медленные.

По эффективности и плавности хода мало кто из насекомых может сравниться с некоторыми видами тараканов. В понимании того, как бегают эти насекомые, был достигнут значительный прогресс. Как показали высокоскоростные камеры, чемпион по бегу, американский таракан (Periplaneta Americana) поднимает по три ноги за шаг, оставляя три другие на земле. Первая и третья с одной стороны, а вторая – с другой действуют как единое целое. Тараканы двигаются при помощи таких попеременно работающих трехногих «штативов». Разница между ходьбой и медленным бегом заключается лишь в скорости, с которой выполняются последовательные шаги «штативом», хотя в реальном беге некоторые тараканы делают кое-что еще. Они расправляют крылья, переносят массу тела на заднюю часть и, как двуногие, бегут на задних ногах. Американские тараканы могут стартовать со скоростью около пятидесяти длин своего тела в секунду. Бипедализм позволяет им развивать относительную скорость примерно в четыре раза выше, чем скорость гепардов, самых быстрых наземных животных в мире в абсолютном измерении.

Ящерица-василиск

Существуют большие различия между видами тараканов. Дэвид Джордж Гордон, автор самого авторитетного в мире справочника по тараканам, отмечает, что таракан-прусак «будет счастлив пробежать быстрее, чем фут (30,5 см) в секунду». Мадагаскарский шипящий таракан движется еще медленнее. Это неуклюжее создание, на изучение которого ни у кого еще не хватило времени (или терпения). Арвин Провонша говорит об американских тараканах: «Эти создания рождены для бега». Он знает что говорит. Провонша – хранитель энтомологических коллекций насекомых в Университете Пердью и ведущий ежегодных «Всеамериканских бегов», в котором участвуют в основном американские тараканы. «Всеамериканские бега», в которых под пристальным вниманием находится каждая мелочь, проходят на специально сооруженной круговой трассе, а бегунов поставляет исследовательский фонд энтомологического отделения университета. Породистые особи любовно называются именами вроде Hot to Trot, Sewer Sam, Plain Disgusting и т. п., отмеченными на их спинках с помощью ярких акриловых красок. В 1995 году их было свыше семи тысяч. Что побуждает участников бежать, так это дневной свет; они находятся в темноте до тех пор, пока не раздается выстрел ведущего. В конечном счете участники борются за свою жизнь, потому что более 500 миллионов лет эволюции таракан, который не мог быстро убежать в темное укрытие, был мертвым тараканом. С другой стороны, если это насекомое большое, хорошо бронированное и солидно защищенное, вроде мадагаскарского шипящего таракана, то ему не нужно бежать быстро, и, возможно, и не придется (на «Всеамериканских бегах» таланты этого мадагаскарского вида раскрываются не на открытых гонках, а в толкании миниатюрных зелено-желтых тракторов «Джон Дир»). У тараканьих бегов есть и серьезная сторона. Здесь не только делают ставки, но также состоялось научное открытие: оказалось, что наивысшая скорость бега тараканов достигается двуногостью.

Все огромные четвероногие динозавры, вероятно, были медленными или бегали только на короткие расстояния, но двуногие (галлимимы, gallimimus; компсогнаты, compsognathus; велоцирапторы, velociraptor, и другие), по данным палеонтологии, были отличными легкоатлетами. Страус, двуногий потомок динозавров, – превосходный грациозный бегун, который бегает со скоростью 70 км/ч и может держать эту скорость довольно долго. Аналогичным образом некоторые современные ящерицы могут хорошо бегать на четырех ногах, но некоторые виды – василиск, водяная агама и другие – достигают максимальной скорости, только поднимаясь на задние ноги. Встав с четырех на две конечности, василиск может развить скорость достаточную, чтобы бегать по поверхности воды, отсюда и его название – «Ящерица Иисуса Христа». Если тараканы и ящерицы достигают более высокой скорости бега, используя бипедализм, то весьма правдоподобно, что наша собственная эволюция – от получетвероногого обезьяньего предка к двуногому человеку – была связана со скоростью бега. Конечно, не полностью, но хотя бы как-то.

Двуногость у млекопитающих связана с относительно открытой аридной средой, где зоркость глаз и быстрое перемещение являются основными факторами, способствующими как добыванию пищи, так и уходу от хищников. Из двуногих млекопитающих сразу приходят на ум австралийские кенгуру, африканские долгоноги и ранние гоминиды, североамериканские кенгуровые прыгуны и тушканчики, а также азиатские песчанки.

Все двуногие животные, которые умеют бегать, делают это с помощью быстрой последовательности длинных скачков либо с чередованием ног, либо с обеих ног одновременно. Удар ногами по земле сам по себе довольно сильный, с ним потенциально теряется энергия. Тем не менее в процессе эволюции животные научились использовать часть этой энергии, которая иначе была бы потрачена напрасно. Дело в анатомии. Когда ступня при приземлении сплющивается, пяточное (ахиллово) сухожилие растягивается, и когда ступня восстанавливает свою форму при отрыве от земли, только что растянутое сухожилие, или подошвенная пяточно-ладьевидная связка, сокращается и высвобождает накопленную энергию. До 40 % энергии, поглощаемой ударом, вбирается этой связкой, а она возвращает энергию в тело во время второго шага. Свод нашей стопы также сжимается и накапливает энергию, и эксперименты, проведенные над человеческими ногами (использовались трупы), позволяют предположить, что до 70 % энергии, поступающей в свод ступни, также может быть возвращено (хотя эластичность мышц и сухожилий, которая позволяет нам отскакивать, значительно уменьшается с возрастом). Очевидно, что поверхность для бега также имеет огромное значение, что хорошо известно спортсменам. Наибольших скоростей бегуны достигают на трассах, пружинящих на 5–8 миллиметров (что примерно соответствует связке в своде стопы), а экспериментальные треки различной жесткости могут возвращать 90 % накопленной в них энергии.

Беговые кроссовки делают то же самое, но обувь должна быть подобрана под поверхность, чтобы не просто поглощался удар ступни, но и энергия не терялась впустую. Бег в хороших упругих кроссовках по пружинящей дорожке не способствует получению большей энергетической отдачи от шага, чем мы вкладываем в него. Напротив, энергия нивелируется. Это как с мячом. Резиновый мяч отскочит выше от твердой, а не от податливой поверхности.

Учитывая конструкцию наших ног, бег босиком по правильной поверхности эффективен в том случае, если подошвы ног достаточно жесткие, чтобы можно было сильно ударять ногами по твердой поверхности для отскока. Как я уже говорил, я пробовал бегать так в Африке и обнаружил, что мои ноги недостаточно прочны. Вот у Абебе Бикила были крепкие ноги, когда он босиком пробежал Олимпийский марафон 1960 года в Риме за рекордное время – 2:15:16,2. Однако на следующих Олимпийских играх в Токио он пробежал на четыре минуты быстрее, будучи на этот раз в беговой обуви. Насколько я знаю, все последующие марафонцы, пробегавшие меньше чем за 2:10, были обутыми.

Начиная с жуков, тараканов, страусов и гепардов эволюционный рост скорости передвижения связан с уменьшением массы стопы, достигаемой за счет уменьшения количества пальцев и удлинения стопы и пальцев ног. Эта тенденция лучше всего прослеживается в эволюции лошади. Лошади бегают на кончике одной-единственной, хорошо укрепленной и удлиненной части копыта на каждой из ног. Страусы также бегают в основном на одном увеличенном пальце ноги, в то время как второй, меньший, выполняет вспомогательную роль. Олени и антилопы бегут на кончиках двух копыт, но пястные кости этих двух пальцев слились, образуя одну продолговатую кость. Сильно удлиненная нога облегчена на дальнем конце, потому что основные мышцы, которые обеспечивают ее работу, расположены высоко, возле туловища, и прикрепляются к ноге длинными сухожилиями. Такая структура не только способствует удлинению шага, но и делает каждый шаг менее энергозатратным, поскольку легкой ногой махать вперед-назад быстрее и легче, чем той, которая утяжеляется к концу.

Наши ноги однозначно приспособлены для бега, в отличие от наших двоюродных братьев-приматов, чьи пять пальцев на ногах все еще предназначены для захвата. Оставив лазание ради быстрого бега, мы сменили и специализацию пальцев; мы не можем использовать их для захвата, но для достижения максимальной скорости мы бежим «на носочках», при этом большая часть энергии во время отталкивания при беге приходится на большой палец ноги. Когда мы ускоряемся, пятка едва касается земли, таким образом, нога эффективно удлиняется. Энергия поступает спереди. Если бы мы были созданы чистыми спринтерами, наши пальцы ног могли бы срастись; или, например, большие пальцы увеличились бы, а остальные отдалились и уменьшились.

Мы не знаем, какие изменения эволюция может внести для достижения большей скорости за счет выносливости. Несомненно, их много. Судя по другим животным, если бы мы прошли несколько миллионов лет интенсивного отбора специально ради скорости, то эволюция, несомненно, еще сильнее изменила бы наши ноги! Как я уже отмечал ранее, большинство женщин бегут медленнее, чем мужчины, даже элитные спортсменки. Окончательного объяснения этой разницы не существует. Может ли длина стопы быть фактором? Женские стопы короче мужских, и в одном неофициальном исследовании, которое я провел, я обнаружил, что они, возможно, даже короче, чем предполагалось только по размеру тела. Сталкивались ли мужчины с более сильным селективным давлением, чем женщины, для увеличения скорости бега?

Некоторым животным ноги могут быть помехой. Одно очень быстрое наземное позвоночное, с которым я столкнулся в африканской акациевой степи, вообще не имеет ног. Будучи молодым и глупым, я хотел заполучить шкуру этого экзотического существа в качестве трофея. Я гонялся за добычей под кустами в короткой сухой траве. Когда я приблизился, чтобы убить его из своего дробовика, я увидел быстрое движение и пару черных как уголь глаз. В тот же момент существо бросилось на меня. Я отпрыгнул назад и побежал. Озираясь, я видел, как оно уже почти подобралось к моим пяткам. Я бежал быстро и вскоре достиг песчаного пятачка, на краю которого плюющаяся кобра остановилась, подняла на полметра голову и снова посмотрела на меня. Я развернулся и выстрелил. После моего пребывания в Африке мои товарищи по команде Университета Мэн шутили, что эпизод со змеей научил меня бегать. Возможно, в высшем, эволюционном смысле слова. Мы все познавали преимущества скорости в таких ситуациях.

Кобры – длинные, тонкие змеи, гладкие на ощупь, как полированное стекло – тем легче им быстро ползать. Змеи двигаются так же, как и рыбы, прилагая боковые усилия к поверхности и скользя по ней. Здесь в основном используется тот же принцип, что и в парусном спорте, где энергия ветра, а не сила мышц, обеспечивает движение вперед. Гусеницы скорее бегают, но делают это не с помощью ног (у них есть всего три пары коротких ножек спереди). Они двигаются вперед подобно тюленям, ползущим по земле, серией последовательных перистальтических волн. Чтобы представить, как они двигаются, представьте хот-дог с желеобразным содержимым в эластичной, полужесткой оболочке. Внутренние мышцы сокращаются постепенно от хвоста к голове, и по мере прохождения каждой волны через каждую точку тела эта часть тела приподнимается над землей и выдвигается вперед – гусеница как будто «шагает». Скорость в значительной степени зависит от частоты, а не длины «шага». Ноги гусениц крепко держатся и цепляются за поверхность, но на современном этапе эволюции они уже не имеют никакого отношения к их первоначальной роли обеспечения движения. Они лишь показывают нам, зачем когда-то были нужны. У предков змей тоже были ноги, которые в конце концов потеряли смысл, а то и стали помехой для передвижения, но некоторые из змей все еще имеют внутри тела рудиментарные элементы конечностей.

Морфология людей – такой же ключ к нашей древней истории. Как писал Чарльз Дарвин в «Происхождении видов»: «Органы, теперь имеющие ничтожное значение, в некоторых случаях, вероятно, представляли большую важность для отдаленного предка и после продолжительного, медленного усовершенствования были переданы почти в том же состоянии нынешним видам, хотя теперь они слабо используются». Костно-мышечная система животного дает ключ к селективному давлению, воздействующему на организм. Аналогичным образом наша нервная система и основные тенденции поведения являются не менее важными продуктами естественного отбора, чем мышцы и кости.

Наша морфология и поведение отражают наше прошлое. Для того чтобы мы хорошо бегали, нужна не только эффективная двуногость, но и упругие ахилловы сухожилия, сильные большие пальцы ног и, возможно, важнее всего – особые психологические наклонности. У меня есть гипотеза о том, что это за наклонности и как они могли возникнуть у наших доисторических обезьяньих предков в африканской саванне.