Страница:
2) и длины шага. Чем сильнее наклон вперед при каждом шаге, тем выше скорость ходьбы.
Бег — это прыжок вперед в воздух с последующим «падением» — приземлением. Тут уместна аналогия со сжимаемой и затем отпускаемой пружиной. Первая, восходящая, часть прыжка самая быстрая: тело движется с приданным ему толчком ногами ускорением, направленным вперед. Пока тело в воздухе, движение постепенно замедляется из-за сопротивления воздуха и противодействия силы тяжести. Когда они уравниваются с силой толчка, тело приземляется. Чтобы бежать быстро, не нужно проводить много времени в воздухе, а следует как можно чаще касаться опорной поверхности — отталкиваться, преодолевая земное притяжение и посылая тело вперед.
Борзая бежит так: прыжок, прыжок, прыжок, прыжок, а лошадь — прыжок, шаг, прыжок, шаг, прыжок, шаг… Если запрячь в сани собаку, бегающую по типу прыжок-прыжок или прыжок-шаг, то в первый же момент, когда все ее четыре лапы будут оторваны от земли, задний ремень упряжи остановит полет и потянет собаку назад, так что она потеряет равновесие и начнет падать в сторону осевой линии упряжки. Животное, которое тянет что-либо за собой, должно для устойчивости все время одной лапой касаться земли, т. е. идти, а не бежать. Запряженная лошадь движется иноходью или рысью, при этом в любой момент времени земли касаются две ноги. Если лошадь с телегой или коляской понесла и перешла на галоп, то это страшно не только из-за потери управления и высокой скорости, но также из-за неустойчивости и повышенной вероятности падения животного.
Ездовые собаки передвигаются иноходью, рысью или кентером («вприпрыжку»). При рыси и иноходи две лапы всегда опираются на землю, а две находятся в воздухе. Эти аллюры мощнее истинного бега, менее утомительны и очень устойчивы. Такая поступь предпочтительна на длинных дистанциях, но обеспечивает меньшую скорость, чем кентер, при котором земли касается лишь одна лапа.
Этот аллюр позволяет собаке максимально вытянуться вперед, а при длинном шаге скорость выше.
Трудность бега в упряжке с санями заключается в том, что собаке приходится сочетать ходьбу, т. е. контролируемое падение и возвращение в исходное положение, с использованием силы тяжести для движения саней. Если общая масса запряженных собак недостаточна для того, чтобы преодолеть силу трения саней о снег за счет наклона тела вперед (использование силы тяжести), сани не сдвинутся с места, а собака не сможет податься телом вперед для шага. Упомянутые таксы слишком малы и легки для этой задачи.
Если общая масса команды собак маловата, то погонщик заставляет их подаваться вперед сильнее, при этом лапы служат в качестве рычагов. Чем тяжелее груз, тем больше собака должна пригнуться к земле. Преодоление силы тяжести с помощью рычагов происходит медленно. Суставы испытывают большую нагрузку, мышцы напряжены до предела. К тому же сильно страдают лапы: на льду или снегу они должны достаточно сильно давить на опорную поверхность, чтобы справиться с трением саней; если лапы скользят, они стираются и травмируются, в результате животное не может бежать.
Кстати говоря, расхожее представление о том, что ездовых собак принуждают бежать, подстегивая хлыстом, порождено художественной литературой. Собаки, испытывающие боль, страх и унижение, не будут бежать. Травмированные собаки, в частности со стертыми подушечками пальцев, не побегут. Собаки, страдающие от обезвоживания, не побегут. Хороший погонщик все это знает и тщательно следит за здоровьем своих собак, как физическим, так и психологическим. Хорошему погонщику известны пределы нагрузки и законы физики, хотя бы интуитивно. Без этих знаний гонки не выиграешь.
Ходьба, использующая силу тяжести для ускорения, выглядит сложнее, если брать во внимание более чем одну собаку. Если в сани запряжена лишь одна собака, то она должна тащить все 100% груза. Если её масса тела недостаточна для того, чтобы наклоном тела вперед сдвинуть сани с места, то нужно заставить животное пригнуться к земле, при этом работая лапами, как рычагами. Или же взять более крупную собаку, которая будет иметь достаточную массу для того, чтобы сдвинуть сани, наклоняясь вперед. Но тогда разумнее использовать лошадь.
Чтобы преодолеть трение саней об опорную поверхность за счет массы упряжки, нужна либо очень крупная собака, либо много небольших собак. Почему нельзя использовать крупную сильную собаку, скажем, маламута весом 45 кг? Или, еще лучше, найти великана весом килограммов этак 90? Что в этом неправильного?
А неправильно то, что после рывка вперед крупная собака должна ещё и поднять свой собственный вес в исходное положение полного роста, причем на длинной дистанции это надо будет проделать тысячи раз. Франк Шортер, победивший в марафонском забеге на Олимпийских играх 1972 г. в Мюнхене, накануне соревнований обработал наждачной бумагой подошвы своей беговой обуви, чтобы счистить несколько миллиграммов. На огромной дистанции эти миллиграммы сэкономили ему немалые силы. Крупное животное не может не быть сильным, поскольку оно неизбежно тяжелое. А чем тяжелее тело, тем больше энергии требуется, чтобы, делая шаг, не упасть вперед и вернуться в вертикальное положение.
Но сила не пропорциональна массе тела. Представим себе, что собака (или любое другое животное) имеет форму шара. При увеличении его диаметра на некую величину объем возрастет на куб этой величины, а площадь поперечного сечения (применительно к животному это толщина мышц и костей) лишь на квадрат. Тренированный человек ростом около 160 см весит примерно 45 кг, при росте около 190 см — 90 кг, т. е. увеличение роста на 20% соответствует увеличению массы тела вдвое. В то же время у крупного бегуна поперечное сечение костей и мышц относительно меньше, а значит, ему приходится работать больше, и его мышцы и кости испытывают большую нагрузку. Поэтому многие спортсмены — бегуны, гимнасты и др. — сравнительно некрупные люди.
У крупного животного организм состоит из большего числа клеток, но масса обслуживающих их мышц и костей относительно меньше. Динамика бега очень крупных собак быстро становится беспорядочной. Ньюфаундленды любят купаться в воде потому, что действует выталкивающая сила, уменьшающая вес тела и нагрузку на ноги.
Вода не только поддерживает, но и охлаждает организм. Почему не существует собак массой более 100 кг? Очевидно, такие собаки просто физически невозможны, хотя бы из-за проблематичности регуляции температуры тела. Всякая живая клетка в процессе своего обмена веществ вырабатывает тепло; упрощенно можно сказать, что она сжигает сахар. У собак ткани богато пронизаны кровеносными сосудами, а сама кровь содержит много гемоглобина, так что клетки в изобилии получают кислород и тканевое дыхание с выделением тепла весьма интенсивно, а это создает проблему теплоотдачи. Собственно, эта трудность свойственна не только собакам, а всем млекопитающим.
Диаграмма накопления тепла в организме (см. рис. 28) показывает, что при массе тела более 20 кг проблема избавления от тепла становится весьма острой. Этот график составлен для состояния покоя. Если же собака в движении, тепловая нагрузка стремительно увеличивается. Быстро бегущая собака производит огромное количество тепла.
Почему нужно избавляться от излишков тепла? У собак, как и у людей, действует ряд механизмов, регулирующих температуру тела таким образом, что она поддерживается постоянной; это необходимо для оптимального обмена веществ на клеточном уровне. Так, клетки головного мозга человека работают наилучшим образом при температуре 37°С. Если мозг охлаждается до 34,4°С, мыслительный процесс прекращается. При повышении температуры на 4°С выше оптимальной клетки мозга подают тревогу, а при температуре 41,1°С они начинают отмирать.
Рис. 28. Накопление тепла в зависимости от массы тела. У крупных собак с округлыми формами в организме неизбежно накапливается тепло. Они легко выживают в условиях арктической ночи. Но при интенсивной физической нагрузке теплопродукция очень велика, что опасно, если нет теплоотдачи. Хорошие ездовые собаки некрупные и при длительном беге вполне справляются с этой проблемой.
(По работе Phillips et al., 1981).
Нормальная температура тела у собак составляет 44,2°С. При температуре 37°С нормальное функционирование клеток уже невозможно. Изучая терморегуляцию у ездовых собак, Дейв Шимель и я применяли термистор — крошечный измерительный прибор, который дают собаке проглотить с пищей, и затем он посылает сигналы о температуре в желудке дистанционному приемному устройству. Вместо саней мы присоединили упряжь к пикапу с оборудованием, что позволяло отслеживать и контролировать скорость собак. Однажды Дейв выступал в качестве погонщика, а я записывал показания приборов. Вдруг у собаки по кличке Полночь температура начала падать. Испугавшись, что Полночь в опасности, мы остановили машину и осмотрели её, но собака выглядела вполне жизнерадостно. Мы продолжили путь, но её температура продолжала падать и опустилась значительно ниже 37°С. Пришлось снова остановиться. У Полночи по-прежнему не было никаких признаков недомогания. Я счел, что, скорее всего, термистор неисправен. Мы снова тронулись. Через какое-то время Дейв, сидевший за рулем, просиял улыбкой. «Полюбуйся на Полночь», — сказал он мне, и я увидел, как она на бегу нагнулась и ловко набрала полный рот снега. Показания термистора, разумеется, опять упали.
Среди млекопитающих человек лучше всего умеет избавляться от излишков тепла, но зато испытывает большие трудности с его сохранением. Собаки, наоборот, с трудом выделяют излишки тепла, но прекрасно его сохраняют. Точкой равновесия между накоплением тепла и избавлением от его излишка является температура окружающей среды около 21°С для людей и 16°С для короткошерстных ездовых собак. Нельзя тренировать собак при температуре воздуха выше 16°С, это опасно для животных.
Из рис. 28 понятно, что у небольших собак меньше накопление тепла, чем у крупных. В этой связи примечательно, что хорошие ездовые собаки весят обычно около 20—25 кг, т. е. находятся как раз на границе тех значений массы тела, при которых накопление тепла начинает резко увеличиваться с увеличением размеров. Согласно стандарту породы, у сибирских лаек максимальная допустимая масса тела составляет 27 кг.
У крупных собак больше объем клеток и меньше площадь поверхности для выделения тепла. Поскольку собаки покрыты шерстью, охлаждение путем потоотделения у них невозможно. Испарение жидкости, дающее охлаждение, достигается учащенным дыханием с высунутым языком, что снижает температуру в первую очередь легких и мозга. Единственное место, которое у собак потеет — это подушечки лап, но площадь поверхности этой части тела слишком мала, чтобы обеспечить сколь-нибудь ощутимое выделение тепла. Теплоотдача происходит в основном путем расширения подкожных вен и артерий: теплая кровь поступает к поверхности тела, с которой тепло рассеивается. Этот механизм у собак осложнен тем, что шерстный покров ухудшает выделение тепла. И чем крупнее собака, тем проблемнее теплоотдача.
Изучая терморегуляцию у ездовых собак, я с удивлением обнаружил, что ректальная температура у них составляет 42°С. Не имея эффективного механизма ликвидации излишков тепла, они не могли бы так быстро бегать. Собаки могут охлаждать мозг путем теплоотдачи с языка и носа; таким образом они поддерживают нормальную температуру мозга, когда общая температура тела растет. Самую высокую ректальную температуру я зарегистрировал у собаки по кличке Долли — 42,8°С; при этом она продолжала бежать. Но такое состояние чревато гибелью тканей. При температуре выше 44,4°С клетки тела отмирают.
Крупные и сильные маламуты при беге в упряжке начинают испытывать тепловую перегрузку очень быстро, причем в первую очередь страдает мозг. Площадь поперечного сечения языка у них лишь ненамного больше, чем у собак массой 20—25 кг или такс, а охлаждать нужно гораздо больший объем клеток. Вот почему я предпочел бы маламутам такс.
У борзых с их быстрым бегом в два такта та же самая проблема: при массе тела около 30 кг во время высокоскоростного бега накапливается слишком много тепла. Правда, площадь поверхности тела у них благодаря уплощенной обтекаемой форме больше по сравнению с собаками того же веса, но обычной формы. Возможно, такое телосложение изначально было приспособлением к жизни в пустыне, а быстрый бег — лишь следствие приспособленности к жарким условиям. Аналогично 12-килограммовые деревенские собаки, живущие в тропиках, приспособлены к жаре и влажности.
Почему относительно тяжелые борзые способны с высокой скоростью бежать короткие дистанции, не страдая от перегрева? Борзые — спринтеры, а ездовые собаки — стайеры, марафонцы. На спринтерский бег (как у собак, так и людей) расходуется энергия, образующаяся при мобилизации гликогена (сложного полисахарида) печени. Спринтеру важно иметь большую печень и длинные ноги, которые надо передвигать очень быстро (за счет мобилизации гликогена). Чем больше печень, тем больше в ней гликогена. Когда гликоген печени полностью истрачен, что может произойти менее чем за минуту, обмен веществ должен переключиться на другой источник энергии, а именно жирные кислоты; это переключение занимает некоторое время.
Человек пробегает 100 метров примерно за 10 с, борзая — 500 м за 30 с. Это время можно даже не дышать, т. е. энергия образуется анаэробно — без кислорода. Но если гликоген печени оказывается израсходован ранее конца дистанции, то спринтер — будь то человек или собака — падает без сил.
Наблюдается примечательная разница между размерами спринтеров и марафонцев, как людей, так и собак. Спринтеры-люди (мужчины) весят обычно около 65 кг — на 30% больше, чем хорошие марафонцы, у которых масса тела, как правило, до 55 кг. Такое же соотношение между борзой и ездовой собакой. Борзая не так вынослива, её энергия быстро исчерпывается.
Как обстоит дело с накоплением тепла у спринтеров? Обычно это не является проблемой, поскольку бег заканчивается до того, как возникает опасность перегрева. На короткой дистанции, которая преодолевается не дольше минуты, можно просто позволить теплу накапливаться. На длинных же дистанциях, которые проходятся за часы, тепловая перегрузка опасна как для человека, так и для собаки.
Преимущество человека в том, что у него есть механизм охлаждения путем потоотделения, поэтому он может долго бежать при более высокой температуре окружающей среды. Утверждая, что ездовые собаки — самые быстрые животные в мире на дистанциях более 40 км, следовало бы добавить: при температурах ниже 16°С.
Наверное, при температуре 32°С человек бы выиграл. Но я бы не погнал собаку в такую жару, чтобы это выяснить.
Если крупные собаки не способны бегать на марафонские дистанции, то почему этого не делают мелкие, скажем, чихуа-хуа? У них нет проблем с накоплением тепла, а также относительно велико поперечное сечение. Но, конечно, никому не приходит в голову впрячь в сани собак этой породы — едва ли не самых маленьких на свете (вес не более 2,7 кг). Только представьте себе такую упряжку!
Если бы не трудность выделения тепла и не большая масса тела, крупные собаки (с поступью типа шаг-шаг-шаг) были бы гораздо быстрее маленьких. При прочих равных условиях, чем крупнее собака, тем быстрее она способна бежать просто потому, что каждый ее шаг покрывает большее расстояние, ведь у нее длиннее тело и ноги. Для гонок на территории Новой Англии, где относительно теплый климат, я выбирал некрупных собак весом около 18 кг, но нередко проигрывал из-за того, что у них небольшой шаг. Длина шага зависит не только от общей длины тела. Важны также расположение и форма плеч, определяющие, как далеко вперед собака может протянуть лапы. У некоторых собак расстояние между верхними кромками лопаток недостаточное, когда передние лапы вытягиваются вперед, лопатки в верхней части смыкаются, так что передние лапы не могут протянуться дальше. Если такую собаку заставляют бежать слишком быстро, она бежит с большим шагом, чем для нее нормально, в результате чего лопатки трутся и ударяются друг о друга, причиняя боль и травмируя животное.
Одна из моих ведущих собак по кличке Перро была слишком узкой в плечах, но компенсировала это тем, что усиленно работала запястьями. Это не дает должной скорости и требует больше энергии, потому что в данном случае задействовано больше движущихся частей. К тому же движущиеся части изнашиваются. Но и с такой манерой бега Перро выдерживал гонки на длинные дистанции с высокой скоростью. (Замечу в скобках, что это был замечательный пес. Он умел управлять своим телом так, чтобы достигать максимально возможной скорости. Перро прошел не одну гонку за счет того, что люди назвали бы мужеством).
Кроме того, для длины шага имеет значение строение тазового пояса. Если кости таза расположены под острым углом к позвоночнику, задние ноги могут сильно подводиться под живот и вытягиваться далеко вперед. Если же тазовый пояс перпендикулярен позвоночнику, то задние лапы остаются за спиной, как у тюленей.
Потоотделение у собак и койотов происходит через подушечки лап. У волков же я этого не обнаружил. Когда собаке жарко, пот выделяется на небольшие волоски между пальцами лап, и если она бежит по снегу, там образуются кристаллики льда, которые травмируют ступни. Хороший погонщик тщательно следит за состоянием лап и не допускает их обледенения, надевая собакам специальную обувь. Разумеется, обутые собаки бегут хуже, но с пораненными ступнями они вообще не смогут бежать.
Индивидуальные анатомические особенности, затрагивающие плечевой и тазовый пояс, длину лап и общую длину тела, сказываются на походке. Более всего заметны различия между представителями разных пород, но бывают не менее существенны и между особями одной породы.
Суть всего вышеизложенного в том, что от формы тела зависит двигательная активность животного. Таксы не способны быстро бегать, так как у них короткие лапы. Маламуты не способны бегать на длинные дистанции из-за накопления тепла в организме. Та или иная порода может обладать особенностями, обеспечивающими большую скорость либо большую выносливость, чем у ездовых собак, но ни в одной породе нет такого сочетания этих признаков, как у хорошей ездовой собаки.
Говоря о форме тела, я имею в виду не стационарный облик животного. Стационарная позиция во время выставочной демонстрации собаки мало что может сказать о форме в процессе бега. У Чарли Белфорда была ездовая собака по кличке Сэмми, которая в упряжке служила рулевым. Сэмми выглядел весьма неприглядно, когда стоял неподвижно где-нибудь во дворе, зато производил великолепное впечатление во время бега на максимальной скорости. Его «коровьи» подколенники и прогнутая спина словно исчезали — все недостатки телосложения затмевала мягкая и экономичная поступь. Чем быстрее он мчался, тем лучше выглядел. Он напоминал мне знаменитого игрока в бейсбол Микки Риверса, который тоже казался неуклюжим до тех пор, пока не начинал играть.
Для ездовой собаки важна именно форма тела на бегу, на скорости, этак 30 км/ч, причем не вольного бега, скажем, за мячом, а в упряжке, когда задние ремни снаряжения натянуты. Сложно судить о собаке на выставке, где она стоит или спокойно ходит. Серьезные заводчики ездовых собак мало интересуются выставками, им нужно видеть собаку в работе.
Другими словами, всякое действие, будь то стояние на месте или бег, является поведением, обусловленным физическими возможностями животного. И выбирать собаку по внешним признакам надо во время интересующего вас поведения и никак иначе.
Рис. 29. Перро — несравненный вожак упряжки ездовых собак. Не обладая выдающимися внешними данными, этот бордер колли был отличной ездовой собакой, ведущей в моей команде. Я работал со многими великолепными собаками, но такие, как Перро, встречаются раз в жизни. Мне отдал его профессор Джим Дентон, отчаявшись отучить Перро преследовать автомобили.
Рис. 30. Согласованный бег ездовых собак в упряжке: передовики и многие другие собаки идут в ногу. Обратите внимание на высунутые языки. При быстром беге на длинных дистанциях собакам приходится бороться с перегревом организма.
Рис. 31. Пойнтеры в роли ездовых собак. Это Боб Вейль и его знаменитая команда пойнтеров, приученных бегать в упряжке. Когда порода не предназначена для данной задачи, собаки, выполняя её, выглядят немного комично. Они делают много лишних движений и в гонках на длинные дистанции не могут соперничать с современными ездовыми собаками. (Фото представлено Лорной Демидофф).
Организация упряжки
Бег — это прыжок вперед в воздух с последующим «падением» — приземлением. Тут уместна аналогия со сжимаемой и затем отпускаемой пружиной. Первая, восходящая, часть прыжка самая быстрая: тело движется с приданным ему толчком ногами ускорением, направленным вперед. Пока тело в воздухе, движение постепенно замедляется из-за сопротивления воздуха и противодействия силы тяжести. Когда они уравниваются с силой толчка, тело приземляется. Чтобы бежать быстро, не нужно проводить много времени в воздухе, а следует как можно чаще касаться опорной поверхности — отталкиваться, преодолевая земное притяжение и посылая тело вперед.
Борзая бежит так: прыжок, прыжок, прыжок, прыжок, а лошадь — прыжок, шаг, прыжок, шаг, прыжок, шаг… Если запрячь в сани собаку, бегающую по типу прыжок-прыжок или прыжок-шаг, то в первый же момент, когда все ее четыре лапы будут оторваны от земли, задний ремень упряжи остановит полет и потянет собаку назад, так что она потеряет равновесие и начнет падать в сторону осевой линии упряжки. Животное, которое тянет что-либо за собой, должно для устойчивости все время одной лапой касаться земли, т. е. идти, а не бежать. Запряженная лошадь движется иноходью или рысью, при этом в любой момент времени земли касаются две ноги. Если лошадь с телегой или коляской понесла и перешла на галоп, то это страшно не только из-за потери управления и высокой скорости, но также из-за неустойчивости и повышенной вероятности падения животного.
Ездовые собаки передвигаются иноходью, рысью или кентером («вприпрыжку»). При рыси и иноходи две лапы всегда опираются на землю, а две находятся в воздухе. Эти аллюры мощнее истинного бега, менее утомительны и очень устойчивы. Такая поступь предпочтительна на длинных дистанциях, но обеспечивает меньшую скорость, чем кентер, при котором земли касается лишь одна лапа.
Этот аллюр позволяет собаке максимально вытянуться вперед, а при длинном шаге скорость выше.
Трудность бега в упряжке с санями заключается в том, что собаке приходится сочетать ходьбу, т. е. контролируемое падение и возвращение в исходное положение, с использованием силы тяжести для движения саней. Если общая масса запряженных собак недостаточна для того, чтобы преодолеть силу трения саней о снег за счет наклона тела вперед (использование силы тяжести), сани не сдвинутся с места, а собака не сможет податься телом вперед для шага. Упомянутые таксы слишком малы и легки для этой задачи.
Если общая масса команды собак маловата, то погонщик заставляет их подаваться вперед сильнее, при этом лапы служат в качестве рычагов. Чем тяжелее груз, тем больше собака должна пригнуться к земле. Преодоление силы тяжести с помощью рычагов происходит медленно. Суставы испытывают большую нагрузку, мышцы напряжены до предела. К тому же сильно страдают лапы: на льду или снегу они должны достаточно сильно давить на опорную поверхность, чтобы справиться с трением саней; если лапы скользят, они стираются и травмируются, в результате животное не может бежать.
Кстати говоря, расхожее представление о том, что ездовых собак принуждают бежать, подстегивая хлыстом, порождено художественной литературой. Собаки, испытывающие боль, страх и унижение, не будут бежать. Травмированные собаки, в частности со стертыми подушечками пальцев, не побегут. Собаки, страдающие от обезвоживания, не побегут. Хороший погонщик все это знает и тщательно следит за здоровьем своих собак, как физическим, так и психологическим. Хорошему погонщику известны пределы нагрузки и законы физики, хотя бы интуитивно. Без этих знаний гонки не выиграешь.
Ходьба, использующая силу тяжести для ускорения, выглядит сложнее, если брать во внимание более чем одну собаку. Если в сани запряжена лишь одна собака, то она должна тащить все 100% груза. Если её масса тела недостаточна для того, чтобы наклоном тела вперед сдвинуть сани с места, то нужно заставить животное пригнуться к земле, при этом работая лапами, как рычагами. Или же взять более крупную собаку, которая будет иметь достаточную массу для того, чтобы сдвинуть сани, наклоняясь вперед. Но тогда разумнее использовать лошадь.
Чтобы преодолеть трение саней об опорную поверхность за счет массы упряжки, нужна либо очень крупная собака, либо много небольших собак. Почему нельзя использовать крупную сильную собаку, скажем, маламута весом 45 кг? Или, еще лучше, найти великана весом килограммов этак 90? Что в этом неправильного?
А неправильно то, что после рывка вперед крупная собака должна ещё и поднять свой собственный вес в исходное положение полного роста, причем на длинной дистанции это надо будет проделать тысячи раз. Франк Шортер, победивший в марафонском забеге на Олимпийских играх 1972 г. в Мюнхене, накануне соревнований обработал наждачной бумагой подошвы своей беговой обуви, чтобы счистить несколько миллиграммов. На огромной дистанции эти миллиграммы сэкономили ему немалые силы. Крупное животное не может не быть сильным, поскольку оно неизбежно тяжелое. А чем тяжелее тело, тем больше энергии требуется, чтобы, делая шаг, не упасть вперед и вернуться в вертикальное положение.
Но сила не пропорциональна массе тела. Представим себе, что собака (или любое другое животное) имеет форму шара. При увеличении его диаметра на некую величину объем возрастет на куб этой величины, а площадь поперечного сечения (применительно к животному это толщина мышц и костей) лишь на квадрат. Тренированный человек ростом около 160 см весит примерно 45 кг, при росте около 190 см — 90 кг, т. е. увеличение роста на 20% соответствует увеличению массы тела вдвое. В то же время у крупного бегуна поперечное сечение костей и мышц относительно меньше, а значит, ему приходится работать больше, и его мышцы и кости испытывают большую нагрузку. Поэтому многие спортсмены — бегуны, гимнасты и др. — сравнительно некрупные люди.
У крупного животного организм состоит из большего числа клеток, но масса обслуживающих их мышц и костей относительно меньше. Динамика бега очень крупных собак быстро становится беспорядочной. Ньюфаундленды любят купаться в воде потому, что действует выталкивающая сила, уменьшающая вес тела и нагрузку на ноги.
Вода не только поддерживает, но и охлаждает организм. Почему не существует собак массой более 100 кг? Очевидно, такие собаки просто физически невозможны, хотя бы из-за проблематичности регуляции температуры тела. Всякая живая клетка в процессе своего обмена веществ вырабатывает тепло; упрощенно можно сказать, что она сжигает сахар. У собак ткани богато пронизаны кровеносными сосудами, а сама кровь содержит много гемоглобина, так что клетки в изобилии получают кислород и тканевое дыхание с выделением тепла весьма интенсивно, а это создает проблему теплоотдачи. Собственно, эта трудность свойственна не только собакам, а всем млекопитающим.
Диаграмма накопления тепла в организме (см. рис. 28) показывает, что при массе тела более 20 кг проблема избавления от тепла становится весьма острой. Этот график составлен для состояния покоя. Если же собака в движении, тепловая нагрузка стремительно увеличивается. Быстро бегущая собака производит огромное количество тепла.
Почему нужно избавляться от излишков тепла? У собак, как и у людей, действует ряд механизмов, регулирующих температуру тела таким образом, что она поддерживается постоянной; это необходимо для оптимального обмена веществ на клеточном уровне. Так, клетки головного мозга человека работают наилучшим образом при температуре 37°С. Если мозг охлаждается до 34,4°С, мыслительный процесс прекращается. При повышении температуры на 4°С выше оптимальной клетки мозга подают тревогу, а при температуре 41,1°С они начинают отмирать.
(По работе Phillips et al., 1981).
Нормальная температура тела у собак составляет 44,2°С. При температуре 37°С нормальное функционирование клеток уже невозможно. Изучая терморегуляцию у ездовых собак, Дейв Шимель и я применяли термистор — крошечный измерительный прибор, который дают собаке проглотить с пищей, и затем он посылает сигналы о температуре в желудке дистанционному приемному устройству. Вместо саней мы присоединили упряжь к пикапу с оборудованием, что позволяло отслеживать и контролировать скорость собак. Однажды Дейв выступал в качестве погонщика, а я записывал показания приборов. Вдруг у собаки по кличке Полночь температура начала падать. Испугавшись, что Полночь в опасности, мы остановили машину и осмотрели её, но собака выглядела вполне жизнерадостно. Мы продолжили путь, но её температура продолжала падать и опустилась значительно ниже 37°С. Пришлось снова остановиться. У Полночи по-прежнему не было никаких признаков недомогания. Я счел, что, скорее всего, термистор неисправен. Мы снова тронулись. Через какое-то время Дейв, сидевший за рулем, просиял улыбкой. «Полюбуйся на Полночь», — сказал он мне, и я увидел, как она на бегу нагнулась и ловко набрала полный рот снега. Показания термистора, разумеется, опять упали.
Среди млекопитающих человек лучше всего умеет избавляться от излишков тепла, но зато испытывает большие трудности с его сохранением. Собаки, наоборот, с трудом выделяют излишки тепла, но прекрасно его сохраняют. Точкой равновесия между накоплением тепла и избавлением от его излишка является температура окружающей среды около 21°С для людей и 16°С для короткошерстных ездовых собак. Нельзя тренировать собак при температуре воздуха выше 16°С, это опасно для животных.
Из рис. 28 понятно, что у небольших собак меньше накопление тепла, чем у крупных. В этой связи примечательно, что хорошие ездовые собаки весят обычно около 20—25 кг, т. е. находятся как раз на границе тех значений массы тела, при которых накопление тепла начинает резко увеличиваться с увеличением размеров. Согласно стандарту породы, у сибирских лаек максимальная допустимая масса тела составляет 27 кг.
У крупных собак больше объем клеток и меньше площадь поверхности для выделения тепла. Поскольку собаки покрыты шерстью, охлаждение путем потоотделения у них невозможно. Испарение жидкости, дающее охлаждение, достигается учащенным дыханием с высунутым языком, что снижает температуру в первую очередь легких и мозга. Единственное место, которое у собак потеет — это подушечки лап, но площадь поверхности этой части тела слишком мала, чтобы обеспечить сколь-нибудь ощутимое выделение тепла. Теплоотдача происходит в основном путем расширения подкожных вен и артерий: теплая кровь поступает к поверхности тела, с которой тепло рассеивается. Этот механизм у собак осложнен тем, что шерстный покров ухудшает выделение тепла. И чем крупнее собака, тем проблемнее теплоотдача.
Изучая терморегуляцию у ездовых собак, я с удивлением обнаружил, что ректальная температура у них составляет 42°С. Не имея эффективного механизма ликвидации излишков тепла, они не могли бы так быстро бегать. Собаки могут охлаждать мозг путем теплоотдачи с языка и носа; таким образом они поддерживают нормальную температуру мозга, когда общая температура тела растет. Самую высокую ректальную температуру я зарегистрировал у собаки по кличке Долли — 42,8°С; при этом она продолжала бежать. Но такое состояние чревато гибелью тканей. При температуре выше 44,4°С клетки тела отмирают.
Крупные и сильные маламуты при беге в упряжке начинают испытывать тепловую перегрузку очень быстро, причем в первую очередь страдает мозг. Площадь поперечного сечения языка у них лишь ненамного больше, чем у собак массой 20—25 кг или такс, а охлаждать нужно гораздо больший объем клеток. Вот почему я предпочел бы маламутам такс.
У борзых с их быстрым бегом в два такта та же самая проблема: при массе тела около 30 кг во время высокоскоростного бега накапливается слишком много тепла. Правда, площадь поверхности тела у них благодаря уплощенной обтекаемой форме больше по сравнению с собаками того же веса, но обычной формы. Возможно, такое телосложение изначально было приспособлением к жизни в пустыне, а быстрый бег — лишь следствие приспособленности к жарким условиям. Аналогично 12-килограммовые деревенские собаки, живущие в тропиках, приспособлены к жаре и влажности.
Почему относительно тяжелые борзые способны с высокой скоростью бежать короткие дистанции, не страдая от перегрева? Борзые — спринтеры, а ездовые собаки — стайеры, марафонцы. На спринтерский бег (как у собак, так и людей) расходуется энергия, образующаяся при мобилизации гликогена (сложного полисахарида) печени. Спринтеру важно иметь большую печень и длинные ноги, которые надо передвигать очень быстро (за счет мобилизации гликогена). Чем больше печень, тем больше в ней гликогена. Когда гликоген печени полностью истрачен, что может произойти менее чем за минуту, обмен веществ должен переключиться на другой источник энергии, а именно жирные кислоты; это переключение занимает некоторое время.
Человек пробегает 100 метров примерно за 10 с, борзая — 500 м за 30 с. Это время можно даже не дышать, т. е. энергия образуется анаэробно — без кислорода. Но если гликоген печени оказывается израсходован ранее конца дистанции, то спринтер — будь то человек или собака — падает без сил.
Наблюдается примечательная разница между размерами спринтеров и марафонцев, как людей, так и собак. Спринтеры-люди (мужчины) весят обычно около 65 кг — на 30% больше, чем хорошие марафонцы, у которых масса тела, как правило, до 55 кг. Такое же соотношение между борзой и ездовой собакой. Борзая не так вынослива, её энергия быстро исчерпывается.
Как обстоит дело с накоплением тепла у спринтеров? Обычно это не является проблемой, поскольку бег заканчивается до того, как возникает опасность перегрева. На короткой дистанции, которая преодолевается не дольше минуты, можно просто позволить теплу накапливаться. На длинных же дистанциях, которые проходятся за часы, тепловая перегрузка опасна как для человека, так и для собаки.
Преимущество человека в том, что у него есть механизм охлаждения путем потоотделения, поэтому он может долго бежать при более высокой температуре окружающей среды. Утверждая, что ездовые собаки — самые быстрые животные в мире на дистанциях более 40 км, следовало бы добавить: при температурах ниже 16°С.
Наверное, при температуре 32°С человек бы выиграл. Но я бы не погнал собаку в такую жару, чтобы это выяснить.
Если крупные собаки не способны бегать на марафонские дистанции, то почему этого не делают мелкие, скажем, чихуа-хуа? У них нет проблем с накоплением тепла, а также относительно велико поперечное сечение. Но, конечно, никому не приходит в голову впрячь в сани собак этой породы — едва ли не самых маленьких на свете (вес не более 2,7 кг). Только представьте себе такую упряжку!
Если бы не трудность выделения тепла и не большая масса тела, крупные собаки (с поступью типа шаг-шаг-шаг) были бы гораздо быстрее маленьких. При прочих равных условиях, чем крупнее собака, тем быстрее она способна бежать просто потому, что каждый ее шаг покрывает большее расстояние, ведь у нее длиннее тело и ноги. Для гонок на территории Новой Англии, где относительно теплый климат, я выбирал некрупных собак весом около 18 кг, но нередко проигрывал из-за того, что у них небольшой шаг. Длина шага зависит не только от общей длины тела. Важны также расположение и форма плеч, определяющие, как далеко вперед собака может протянуть лапы. У некоторых собак расстояние между верхними кромками лопаток недостаточное, когда передние лапы вытягиваются вперед, лопатки в верхней части смыкаются, так что передние лапы не могут протянуться дальше. Если такую собаку заставляют бежать слишком быстро, она бежит с большим шагом, чем для нее нормально, в результате чего лопатки трутся и ударяются друг о друга, причиняя боль и травмируя животное.
Одна из моих ведущих собак по кличке Перро была слишком узкой в плечах, но компенсировала это тем, что усиленно работала запястьями. Это не дает должной скорости и требует больше энергии, потому что в данном случае задействовано больше движущихся частей. К тому же движущиеся части изнашиваются. Но и с такой манерой бега Перро выдерживал гонки на длинные дистанции с высокой скоростью. (Замечу в скобках, что это был замечательный пес. Он умел управлять своим телом так, чтобы достигать максимально возможной скорости. Перро прошел не одну гонку за счет того, что люди назвали бы мужеством).
Кроме того, для длины шага имеет значение строение тазового пояса. Если кости таза расположены под острым углом к позвоночнику, задние ноги могут сильно подводиться под живот и вытягиваться далеко вперед. Если же тазовый пояс перпендикулярен позвоночнику, то задние лапы остаются за спиной, как у тюленей.
Потоотделение у собак и койотов происходит через подушечки лап. У волков же я этого не обнаружил. Когда собаке жарко, пот выделяется на небольшие волоски между пальцами лап, и если она бежит по снегу, там образуются кристаллики льда, которые травмируют ступни. Хороший погонщик тщательно следит за состоянием лап и не допускает их обледенения, надевая собакам специальную обувь. Разумеется, обутые собаки бегут хуже, но с пораненными ступнями они вообще не смогут бежать.
Индивидуальные анатомические особенности, затрагивающие плечевой и тазовый пояс, длину лап и общую длину тела, сказываются на походке. Более всего заметны различия между представителями разных пород, но бывают не менее существенны и между особями одной породы.
Суть всего вышеизложенного в том, что от формы тела зависит двигательная активность животного. Таксы не способны быстро бегать, так как у них короткие лапы. Маламуты не способны бегать на длинные дистанции из-за накопления тепла в организме. Та или иная порода может обладать особенностями, обеспечивающими большую скорость либо большую выносливость, чем у ездовых собак, но ни в одной породе нет такого сочетания этих признаков, как у хорошей ездовой собаки.
Говоря о форме тела, я имею в виду не стационарный облик животного. Стационарная позиция во время выставочной демонстрации собаки мало что может сказать о форме в процессе бега. У Чарли Белфорда была ездовая собака по кличке Сэмми, которая в упряжке служила рулевым. Сэмми выглядел весьма неприглядно, когда стоял неподвижно где-нибудь во дворе, зато производил великолепное впечатление во время бега на максимальной скорости. Его «коровьи» подколенники и прогнутая спина словно исчезали — все недостатки телосложения затмевала мягкая и экономичная поступь. Чем быстрее он мчался, тем лучше выглядел. Он напоминал мне знаменитого игрока в бейсбол Микки Риверса, который тоже казался неуклюжим до тех пор, пока не начинал играть.
Для ездовой собаки важна именно форма тела на бегу, на скорости, этак 30 км/ч, причем не вольного бега, скажем, за мячом, а в упряжке, когда задние ремни снаряжения натянуты. Сложно судить о собаке на выставке, где она стоит или спокойно ходит. Серьезные заводчики ездовых собак мало интересуются выставками, им нужно видеть собаку в работе.
Другими словами, всякое действие, будь то стояние на месте или бег, является поведением, обусловленным физическими возможностями животного. И выбирать собаку по внешним признакам надо во время интересующего вас поведения и никак иначе.
Организация упряжки
Команда ездовых собак будет хорошо бежать только при условии правильной структуры упряжки.
От саней вперед идет ремень, называемый потяг. Собаки присоединены парами вдоль потяга. В идеале потяг должен быть прямым, без изгибов. Если потяг с изгибами, значит имеют место потери энергии. Чтобы потяг был прямой, направленный точно к желаемой точке, все собаки должны быть одинаковыми по росту, массе тела, манере бега и должны двигаться синхронно. Желательно, чтобы маршрут гонок не имел поворотов (но тогда соревнования становятся менее интересными).
При беге в упряжке на высокой скорости тянущее усилие от тела собаки передается через тяговые ремни к саням. Чтобы тащить человека (90 кг) на санях (16 кг) со скоростью 30 км/ч по плоской поверхности в безветренную и не слишком холодную погоду, нужно усилие около 8 кг. Если в упряжке 16 собак, то каждая должна тянуть с постоянной силой примерно 0,5 кг. Такое усилие может показаться небольшим.
Но 0,5 кг — это теоретическая величина для идеальных условий, которые практически недостижимы. Всякое отклонение условий от идеала стоит собаке дополнительных затрат энергии. Сила, с которой собака тянет сани, определяется энергетическими затратами на бег: если она бежит с максимально возможной для себя скоростью, то у нее не останется сил на то, чтобы тянуть. Другими словами, чем выше скорость, тем меньше тянущее усилие.
Соотношение тянущей силы и скорости описывается кривой, изображенной на рис. 32. В идеале эта кривая должна быть одинаковой для всех собак упряжки, но реально максимальная скорость и форма кривой для каждой собаки свои. Значит, даже если собаки бегут с одинаковой скоростью, тянущее усилие у них несколько различается, а это ведет к тому, что потяг изгибается и энергия теряется. Искривление потяга зависит от организации упряжки.
Задача погонщика — так составить упряжку, чтобы собаки в каждой паре были одинаково бегущие и одинаково тянущие (точка X на рис. 32). Во всякой команде ездовых собак можно найти оптимальное их расположение в упряжке, обеспечивающее максимально возможные скорость бега и тянущее усилие. Умением найти гармоничную организацию своих собак определяется профессионализм погонщика и, в конечном счете, его успех на гонках.
Чтобы правильно подобрать и расставить пары собак вдоль потяга, нужно знать для каждого животного кривую сила-скорость и представлять себе, какую среднюю скорость придется поддерживать на маршруте, а для этого выяснить характер трассы: подъемы, спуски, повороты, температуру снега, а также другие факторы, влияющие на скорость.
Наблюдая бег ездовых собак, я вижу каждый фрагмент поступи в отдельности, и эти фрагменты должны быть согласованы между собаками. Как уже говорилось, бег у ездовых собак — это по сути быстрая ходьба, при которой сила тяжести толкает тело вперед и вниз. Вообразим собаку, стоящую на задних лапах, подобно человеку, и заряженную в сани. Вот она наклоняется вперед, совершая падающее движение, но не сдвигая задних лап с места. По мере того как ее тело падает, сани передвигаются вперед на расстояние, эквивалентное дуге падения. Собака не прикладывает усилия, действует только ее вес. Получается простейший рычажный механизм без движущихся частей, что эффективно и устойчиво. Собаке остается только вернуться в исходное положение во весь рост и начать падать вперед снова.
Как соединить тело собаки с санями, чтобы и скорость, и тяга были наибольшими? От какого места должен отходить тяговый ремень? От головы? От плеч? От талии? Чем ниже присоединяется тяговый ремень, тем большее усилие собака прилагает к саням, но тем меньше расстояние, на которое сани перемещаются. Если бы собака была абсолютно жесткой, а тяговый ремень присоединялся бы над коленными сухожилиями, то просто за счет падающего движения создавалось бы значительное усилие, приложенное к саням. Однако сани сдвигались бы лишь на несколько сантиметров. На деле присоединять тяговый ремень над подколенником нельзя: собака сломает лапы, поскольку на них будет действовать сила, равная приложенной к саням.
Рис. 32. Теоретические кривые зависимости усилия от скорости для двух собак пересекаются в точке (X), соответствующей скорости, при которой эти две собаки будут бежать слаженно.
От саней вперед идет ремень, называемый потяг. Собаки присоединены парами вдоль потяга. В идеале потяг должен быть прямым, без изгибов. Если потяг с изгибами, значит имеют место потери энергии. Чтобы потяг был прямой, направленный точно к желаемой точке, все собаки должны быть одинаковыми по росту, массе тела, манере бега и должны двигаться синхронно. Желательно, чтобы маршрут гонок не имел поворотов (но тогда соревнования становятся менее интересными).
При беге в упряжке на высокой скорости тянущее усилие от тела собаки передается через тяговые ремни к саням. Чтобы тащить человека (90 кг) на санях (16 кг) со скоростью 30 км/ч по плоской поверхности в безветренную и не слишком холодную погоду, нужно усилие около 8 кг. Если в упряжке 16 собак, то каждая должна тянуть с постоянной силой примерно 0,5 кг. Такое усилие может показаться небольшим.
Но 0,5 кг — это теоретическая величина для идеальных условий, которые практически недостижимы. Всякое отклонение условий от идеала стоит собаке дополнительных затрат энергии. Сила, с которой собака тянет сани, определяется энергетическими затратами на бег: если она бежит с максимально возможной для себя скоростью, то у нее не останется сил на то, чтобы тянуть. Другими словами, чем выше скорость, тем меньше тянущее усилие.
Соотношение тянущей силы и скорости описывается кривой, изображенной на рис. 32. В идеале эта кривая должна быть одинаковой для всех собак упряжки, но реально максимальная скорость и форма кривой для каждой собаки свои. Значит, даже если собаки бегут с одинаковой скоростью, тянущее усилие у них несколько различается, а это ведет к тому, что потяг изгибается и энергия теряется. Искривление потяга зависит от организации упряжки.
Задача погонщика — так составить упряжку, чтобы собаки в каждой паре были одинаково бегущие и одинаково тянущие (точка X на рис. 32). Во всякой команде ездовых собак можно найти оптимальное их расположение в упряжке, обеспечивающее максимально возможные скорость бега и тянущее усилие. Умением найти гармоничную организацию своих собак определяется профессионализм погонщика и, в конечном счете, его успех на гонках.
Чтобы правильно подобрать и расставить пары собак вдоль потяга, нужно знать для каждого животного кривую сила-скорость и представлять себе, какую среднюю скорость придется поддерживать на маршруте, а для этого выяснить характер трассы: подъемы, спуски, повороты, температуру снега, а также другие факторы, влияющие на скорость.
Наблюдая бег ездовых собак, я вижу каждый фрагмент поступи в отдельности, и эти фрагменты должны быть согласованы между собаками. Как уже говорилось, бег у ездовых собак — это по сути быстрая ходьба, при которой сила тяжести толкает тело вперед и вниз. Вообразим собаку, стоящую на задних лапах, подобно человеку, и заряженную в сани. Вот она наклоняется вперед, совершая падающее движение, но не сдвигая задних лап с места. По мере того как ее тело падает, сани передвигаются вперед на расстояние, эквивалентное дуге падения. Собака не прикладывает усилия, действует только ее вес. Получается простейший рычажный механизм без движущихся частей, что эффективно и устойчиво. Собаке остается только вернуться в исходное положение во весь рост и начать падать вперед снова.
Как соединить тело собаки с санями, чтобы и скорость, и тяга были наибольшими? От какого места должен отходить тяговый ремень? От головы? От плеч? От талии? Чем ниже присоединяется тяговый ремень, тем большее усилие собака прилагает к саням, но тем меньше расстояние, на которое сани перемещаются. Если бы собака была абсолютно жесткой, а тяговый ремень присоединялся бы над коленными сухожилиями, то просто за счет падающего движения создавалось бы значительное усилие, приложенное к саням. Однако сани сдвигались бы лишь на несколько сантиметров. На деле присоединять тяговый ремень над подколенником нельзя: собака сломает лапы, поскольку на них будет действовать сила, равная приложенной к саням.