חתולים ניחנים ב"רפלקס התיישרות באוויר", תמרון מורכב המאפשר להם לסובב את גופם בזמן נפילה כדי להתיישר ולנחות על רגליהם, ובכך להימנע מפציעות קשות. יכולת זו, שנראית לעיתים כנוגדת את חוקי הפיזיקה מכיוון שאובייקט המרחף באוויר לא אמור להיות מסוגל להסתובב סביב עצמו ללא משען חיצוני, הטרידה וסיקרנה את המדענים במשך עשורים רבים. חוקרים מאוניברסיטת ימאגוצ'י ביפן ביקשו להבין לעומק את המכניקה העומדת מאחורי היכולת המופלאה הזו והתמקדו בניתוח המבנה והגמישות של עמוד השדרה החתולי.
על מנת לחקור זאת, ביצעו החוקרים סדרת ניסויים קפדנית, הראשונה שבהן כללה בחינה ישירה של עמודי השדרה של חמישה חתולים, שהלכו לעולמם מסיבות טבעיות או במרפאות וטרינריות, בהתאם להנחיות האתיות. המדענים הפרידו בין החלק החזי של עמוד השדרה, הכולל את הצלעות והגב העליון והמרכזי, לבין החלק המותני, המהווה את הגב התחתון. הם הפעילו על כל חלק כוחות פיתול מדודים ומבוקרים בעזרת מכשירים ייעודיים, כדי למדוד את הגמישות, החוזק והעמידות של החוליות השונות בזמן תנועה סיבובית סביב הציר.
בשלב השני של המחקר, החוקרים השתמשו במצלמות מהירות במיוחד כדי לצלם שני חתולים בריאים וחיוניים כשהם משוחררים בעדינות מגובה מסוים ונופלים על מזרון רך ומרופד. המצלמות תיעדו כל תנועה ושינוי בזווית הגוף בקצב גבוה מאוד. על גופם של החתולים, בעיקר באזור הכתפיים והירכיים, הוצבו סמנים מיוחדים שאפשרו למערכת המחשוב לעקוב במדויק אחר התנועה של חלקי הגוף השונים בזמן הנפילה. הניתוח המדוקדק של הצילומים, שנערך פריים אחר פריים, סיפק הצצה נדירה לדינמיקה של תנועת הגוף באוויר בזמן אמת.
ממצאי המחקר חשפו שעמוד השדרה של החתול אינו בעל גמישות אחידה לכל אורכו. במקום זאת, יש הבדלים משמעותיים בין האזורים השונים הממלאים תפקידים נפרדים בעת הפיתול באוויר. החלק החזי של עמוד השדרה התגלה כגמיש ביותר, בעל מה שהחוקרים כינו "אזור ניטרלי" נרחב. באזור זה, עמוד השדרה יכול להסתובב כמעט באופן חופשי לחלוטין, לזווית מרשימה של כמעט 50 מעלות, במינימום השקעת אנרגיה.
לעומת זאת, החלק המותני של עמוד השדרה התגלה כקשיח הרבה יותר והוא מתפקד למעשה כמייצב. הניתוח הביומכני הראה שקשיחות זו אינה מאפשרת סיבוב משמעותי בחלק האחורי של הגוף, מה שמעורר תמיהה ראשונית לגבי האופן שבו הגוף كله מצליח להסתובב כמעט ב-180 מעלות בזמן כה קצר.
כשהם משלבים בין ממצאי הבדיקות המכניות לבין ניתוח צילומי התנועה המהירה, גיבשו החוקרים מודל המסביר את הפעולה המורכבת. התברר שהסיבוב של החתול באוויר מתבצע באופן סדרתי, החתול מסובב תחילה את ראשו ואת פלג גופו העליון, כולל הרגליים הקדמיות, לכיוון הקרקע, תוך ניצול הגמישות העצומה של עמוד השדרה החזי והעובדה שחלק זה הוא קל יותר באופן יחסי. החלק האחורי של הגוף, כולל הרגליים האחוריות והזנב, מסתובב בשלב השני.
המפתח לכך טמון בחלק המותני הקשיח המשמש כמעין "עוגן מוצק" עבור החלק הקדמי המסתובב במהירות, מאחר שהחלק האחורי של הגוף מספק התנגדות גבוהה לסיבוב, פלג הגוף הקדמי יכול "להישען" עליו במידה מסוימת בזמן שהוא משלים את הפיתול שלו, ובכך למנוע מהגוף كله להסתובב בצורה בלתי מבוקרת או להתהפך חזרה. כשהחלק הקדמי משלים את הסיבוב ונמצא במנח אופקי יחסית, החלק האחורי מסתובב אחריו, תוך ניצול המומנט שנוצר בשלב הקודם של התנועה.
במאמרם כתבו החוקרים שתוצאות המחקר מצביעות על כך שסיבוב הגוף בזמן ההתיישרות באוויר מתבצע בצורה סדרתית, כאשר פלג הגוף הקדמי מסתובב ראשון ורק לאחריו מסתובב פלג הגוף האחורי. עוד ציינו שחלק עמוד השדרה החזי הגמיש והחלק המותני הקשיח יותר בזווית הפיתול מותאמים במיוחד לאפשר את ההתנהגות הזו.
לדבריהם, הממצאים הללו לא רק מספקים הסבר מדעי מעמיק לתעלומה ביולוגית עתיקת יומין אלא עשויים להיות בעלי השלכות יישומיות רחבות יותר. הבנה מדוייקת של אופן התנועה עשויה לסייע למשל בפיתוח מודלים מתמטיים מדוייקים יותר לתנועת בעלי חיים באופן כללי, מה שיתרום למחקרים בביומכניקה ובפיזיולוגיה של בעלי חיים. כמו כן, הידע הזה עשוי לסייע לווטרינרים בהבנה טובה יותר של פגיעות עמוד שדרה אצל חתולים ובאבחון מדויק יותר של פציעות אלה.
יתרה מכך, החוקרים מציינים שהמנגנון הייחודי שגילו עשוי לתרום לפיתוחים טכנולוגיים בתחום הרובוטיקה, בפרט בפיתוח רובוטים בעלי יכולת ניווט ותמרון מתקדמים יותר באוויר או בשטחים מורכבים. האפשרות לייצר רובוטים המשלבים גמישות וקשיחות משתנה בעמוד השדרה שלהם, בדומה למבנה הביולוגי של החתולים, עשויה להוביל לפריצות דרך בעיצוב רובוטים ניידים, מהירים ואג'יליים יותר, המסוגלים להתמודד עם אתגרים תנועתיים מורכבים בצורה טובה יותר.
התרעות פיקוד העורף