چرا گربه‌ها همیشه روی چهار دست و پا فرود می‌آیند؟

وقتی گربه‌ها از ارتفاع سقوط می‌کنند، به‌ظاهر با کمی تلاش به سمت راست می‌چرخند و به‌راحتی روی پاهایشان فرود می‌آیند. سقوط آزاد موفقیت‌آمیز گربه‌ها، از دهه‌ها پیش، ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است. به نظر می‌رسد که گربه‌سانان پشمالوی ما در هوا، با تغییر شکل خودشان و بدون دخالت هیچ نیروی دیگری، قوانین فیزیک را به چالش می‌کشند؛ اما گربه‌ها چگونه این کار را انجام می‌دهد؟

فرود گربه‌ها روی چهار دست‌و‌پا، به عوامل متعددی بستگی دارد. اما به زبان ساده‌تر، دو نیروی اصلی در این بازی نقش دارند: فیزیک و عصب‌شناسی.

گرگ گبور، فیزیک‌دان در دانشگاه کارولینای شمالی در شارلوت، به لایو‌ساینس گفت: «یکی از دلایلی که باعث می‌شود چرخش گربه‌ها و فرودشان روی چهار‌ دست‌وپا فیزیک‌دانان را شگفت‌زده کند، پایستگی تکانه زاویه‌ای است.»

در واقع، این اصل بدین معنی است که اگر چیزی در جهت عقربه‌های ساعت بچرخد، چیز دیگری باید در خلاف جهت عقربه‌های ساعت بچرخد.

اما تکنیک‌های دیگری نیز وجود دارد که به گربه‌ها کمک می‌کند تا در هوا تغییر شکل دهند و به احتمال زیاد، گربه‌ها برای انجام این حرکت بیش از یک تکنیک را به کار می‌گیرند. برای مثال گربه در روش دیگری به نام «جمع کردن و چرخیدن»، دست‌هایش را دراز می‌کند و پاهایش را جمع می‌کند. این حالت، «گشتاور لختی» کمتری را به قسمت پشتی بدنش می‌دهد. بدین معنی که پشت بدنش در حرکت چرخشی، مقاومت کمتری در برابر تغییرات دارد.

سپس، گربه برعکس حرکت قبلی را انجام می‌دهد، یعنی دست‌های خود را جمع می‌کند و پاهایش را دراز می‌کند. این اثر شبیه به حرکات اسکیت‌بازی در حال چرخش است: امتداد بازوها به سمت بیرون بدن، گشتاور لختی را افزایش می‌دهد؛ در حالی که نزدیکی بازوها به بدن باعث کاهش آن می‌شود. این پدیده، همبستگی غیر‌مستقیمی با میزان سرعت دارد: با افزایش گشتاور لختی، سرعت کاهش می‌یابد و برعکس.

همچنین، گربه‌ها می‌توانند از روشی که گبور آن را «دم پروانه‌ای» می‌نامد، استفاده کنند. این روش نیز مشابه روش قبلی عمل می‌کند. وقتی که دم در جهتی می‌چرخد، بدن می‌تواند در جهت دیگری بچرخد.

جان هاچینسن، استاد مکانیک زیستی تکاملی در کالج سلطنتی دامپزشکی در دانشگاه لندن، می‌گوید چنین پیچیدگی‌هایی به‌لطف انعطاف‌پذیری بالای «ناحیه‌ی کمر» برای گربه‌ها ممکن می‌شود. فضای بین لگن و قفسه‌ی سینه آن‌ها ناحیه‌ی کمر نامیده می‌شود و این بخش از بدن گربه بسیار انعطاف‌پذیر است. گربه‌ها مهره‌های لاغری دارند و این باعث می‌شود که در مقایسه با سایر مهره‌داران چهار‌پا، انعطاف‌پذیری بسیار بالاتری داشته باشند.

توانایی فرود روی چهار دست‌و‌پا، از نظر نوروآناتومی نیز توضیح داده می‌شود: واکنش یا وضعیت صحیح، یعنی اصلاح جهت‌گیری بدن در زمانی که از حالت عمودی طبیعی خود خارج می‌شود. گبور می‌گوید برخلاف وضعیت ساده‌ای مانند تکان دادن زانو، وضعیت صحیح در حیوانات، وضعیتی پیچیده است؛ بدین معنی که به مغز خودآگاه آن‌ها بستگی دارد.

وضعیت صحیح، واکنش رفتاری حیوان به گرانش است و به سیستم دهلیزی او بستگی دارد، زیرا سیستم دهلیزی تعادل را کنترل می‌کند. کانال‌های نیم‌دایره‌ای و حسگرهایی در گوش داخلی گربه که «سنگ گوش» نام دارند، تغییرات در شتاب و موقعیت گربه را نسبت به زمین تشخیص می‌دهند و ماهیچه‌های گربه را وادار می‌کنند تا به گونه‌ای حرکت کنند که به او کمک کند روی پنجه‌هایش فرود آید.

آزمایشی در دهه ۱۹۵۰، به شکلی جالب‌توجه نشان داد که این واکنش اصلاحی، از بدو تولد در گربه‌ها وجود ندارد. وقتی گربه‌های بالغ و بچه‌گربه‌های نوزاد با جت در وضعیت گرانش صفر پرواز می‌کردند، بچه گربه‌ها نمی‌توانستند وضعیت خودشان را اصلاح کنند، اما گربه‌های بالغ این کار را انجام می‌دادند.

هاچینسن خاطرنشان می‌کند از آنجا که که سنگ گوش‌ها از استخوان متراکم ساخته شده‌اند، ممکن است برای اینکه حیوان بتواند وضعیت خودش را به‌درستی اصلاح کند، در ابتدا نیاز داشته باشند به‌طور کامل رشد کنند؛ اما دانشمندان کاملاً مطمئن نیستند.

البته رفتار «وضعیت صحیح» فقط مختص گربه‌های اهلی نیست. بسیاری از گربه‌های وحشی و حتی خرموش‌ها و خرگوش‌ها نیز در شرایط مشابه، واکنش مشابهی را نشان می‌دهند. محتمل‌ترین توضیح فرگشتی برای توجیه این رفتار در گربه‌ها، تمایل بالای آن‌ها به بالا‌رفتن از درختان و سایر نقاط مرتفع‌تر از سطح زمین است.

اما در خرگوش‌ها، شکار، یک نیروی فرگشتی احتمالی است. به عنوان مثال، هنگامی که شاهینی به‌صورت افقی به سمت خرگوشی حرکت می‌کند، خرگوش به‌صورت عمودی به سمت بالا می‌پرد و باعث می‌شود که شاهین به‌دنبال او بیفتد. بدین صورت خرگوش، شاهین را از مسیر خطی خود خارج می‌کند. بنابراین، خرگوش نیز راهی را برای فرود عمودی بدون آسیب تکامل داده است.

گبور می‌گوید دانشمندان برای سال‌ها گمان می‌کردند که این رفتار غریزی است، اما پاسخ در تکنیک‌های متعددی پنهان بود.

او می‌افزاید: «ما این را به‌نوعی در دی‌ان‌ای خود داریم، برای حل مشکل به‌دنبال ساده‌ترین راه‌حل‌ها می‌گردیم؛ اما طبیعت فقط به مؤثرترین راه‌حل اهمیت می‌دهد. هر چیزی که ما را سریع‌تر به جواب برساند، بهتر است.»