Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Еще важнее, что Мюллер и Вид попытались разобраться в том, при помощи каких чувств кошка определяет, в какую сторону необходимо повернуться, чтобы приземлиться в правильном положении, на лапы. Ключевым объектом их исследования — как и множества последующих — была вестибулярная система, позволяющая живым существам ощущать ускорение. Хотя функциональные части вестибулярного аппарата располагаются в основном во внутреннем ухе, его, в принципе, можно рассматривать как шестое чувство наряду с традиционными пятью — зрением, слухом, тактильным осязанием, вкусом и обонянием. Вестибулярный аппарат можно подразделить на два отдельных компонента: полукружные каналы, регистрирующие ускорение в виде вращения, и отолиты, регистрирующие прямолинейное ускорение.

Каждое ухо содержит в себе три заполненных жидкостью полукружных канала, расположенных в перпендикулярных плоскостях. Эти три канала позволяют нам ощутить вращательное движение в трех перпендикулярных направлениях, а именно, если воспользоваться авиационными терминами, по тангажу (падение вперед), рысканью (вращение вокруг оси позвоночника) и крену (падение вбок). Вращение головы заставляет жидкость в каналах двигаться (течь), возбуждая крохотные волоски, которые посылают сигналы в мозг, указывая на движение. С полукружными каналами соседствуют отолиты, которые также различают линейное ускорение через движение волосков. Отолиты, в свою очередь, можно подразделить на утрикулюс (овальный мешочек), ориентированный горизонтально и распознающий боковое ускорение и ускорение вперед-назад, и саккулюс (круглый мешочек), ориентированный вертикально и распознающий ускорение вверх-вниз.

Мюллер и Вид стремились определить относительные роли вестибулярного аппарата и зрительной системы в рефлекторном переворачивании кошек. Посредством экспериментов они выяснили, что кошка с завязанными глазами способна перевернуться и приземлиться в правильном положении; может это сделать и кошка с поврежденным вестибулярным аппаратом, но действующим зрением. Кошка с завязанными глазами и поврежденной вестибулярной системой не будет даже пытаться перевернуться в воздухе. Эти наблюдения указывали, что рефлекс переворачивания при определении правильной ориентации для приземления опирается либо на зрение, либо на чувство равновесия.

Задним числом можно сказать: поразительно, что кошка с завязанными глазами способна правильно перевернуться в воздухе. Как мы уже отмечали, согласно счастливейшей мысли Эйнштейна, падающая кошка не чувствует ускорения — ее вестибулярный аппарат неактивен, и зрение тоже не может ей подсказать, с какой стороны низ. Как же получается, что кошка приземляется на лапы в правильном положении? Физиологи начала XX в. не думали об общей теории относительности Эйнштейна, и ответ на этот вопрос пришел к ученым много позже.

Хотя Мюллер и Вид сделали несколько важных наблюдений по поводу неврологической базы кошачьего рефлекса, они нимало не продвинулись к подтверждению гипотезы Шеррингтона об антигравитации. Их заключение было таким: «Зафиксированные здесь результаты, разумеется, не предлагают никаких доказательств ни за, ни против гипотезы о том, что мышечные реакции при децеребральной ригидности являются результатом попытки организма противостоять тяготению».

Этот же вопрос приблизительно в одно время с Мюллером и Видом рассматривал немецкий исследователь Рудольф Магнус (1873–1927)^{16}. Магнус получил образование в Гейдельберге, которое привело его к продуктивной карьере в области фармакологии; в физиологическое же исследование рефлекторных действий он оказался втянут позже, после того как прочел классический текст Шеррингтона. В конечном итоге Магнус встретился с Шеррингтоном на VII Международном конгрессе физиологов в Гейдельберге в 1907 г., а в 1908 г. провел с ним рождественские каникулы, чтобы изучить, как положение тела животного влияет на его рефлексы. В частности, Магнуса интересовала роль рефлекторного действия в поддержании положения тела. Если воспользоваться терминологией Шеррингтона, то Магнус хотел понять, как животное поддерживает свою позу и противодействует гравитации в положении стоя при повороте и при ходьбе.

Эта работа захватила Магнуса и стала его основным занятием на следующие 15 лет. Ее вершиной явились вышедший в 1924 г. классический текст на эту тему под названием «Положение тела» (Körperstellung) и лекция о положении тела животного, которую он прочел перед Королевским обществом Лондона в 1925 г. Чтобы разобраться в том, какие именно рефлексы интересовали Магнуса, нам лучше всего показать здесь тот список, который приводит он сам.

1. Рефлекторное стояние. Чтобы нести вес тела под действием силы тяжести, необходимо, чтобы определенный набор мышц, «мышцы стояния», сохранял бы под действием рефлекса определенную степень остаточного тонуса, не давая таким образом телу упасть на землю.