* * *
В IV в. римский теоретик и историк военного дела Публий Флавий Вегеций Ренат подробнейшим образом описал одну из самых устрашающих боевых машин своей эпохи — катапульту. Это универсальное оружие могло выпускать по врагу снаряды различного типа и применялось для выполнения множества задач. Так, с его помощью вы могли сшибать целые легионы неприятельских воинов, словно кегли, или проламывать стены города, который вы осаждаете, или — как это очень любили делать монголы — забрасывать на площади вражеских городов заразные трупы жертв бубонной чумы, чтобы привести в ужас местных жителей.
Само это устройство представляло собой чудо тогдашней техники. Однако один из его ключевых компонентов существовал столько же, сколько существовал на Земле класс млекопитающих. Вегеций отмечает, что лучшие пружины, эти гигантские «резинки», которые использовались в таких боевых машинах для выбрасывания в воздух смертоносных снарядов, делались из воловьих жил — сухожилий, извлеченных из шей быков или волов. В других катапультах применялись свитые косичкой канаты, сделанные из ахиллесовых сухожилий тех же животных.
Современные ученые иногда с удивлением оглядываются на эти примеры древнего хитроумия и иронически улыбаются: некоторые из них упоминали об этих случаях, когда я беседовал с ними, готовя свою книгу. Несмотря на то что еще в IV в. очень многие хорошо знали о любопытных свойствах сухожилий, потребовалось еще 16 столетий, прежде чем мы начали понимать ту важнейшую роль, которую необычайная эластичность сухожилий играет в биомеханике движений человека и животных, особенно их ходьбы и бега.
Забавно, что открытие, с которого начались эти новые исследования, тоже совершил уроженец римских земель. В 1950-е гг. Джованни Каванья, физиолог из Миланского университета, набрал добровольцев для занятий на беговом тренажере, оснащенном пластинами, чувствительными к нагрузке и способными измерять и записывать ту силу, которую человек прилагает к поверхности при каждом шаге. Оценив количество выдыхаемого при этом углекислого газа и потребляемого при этом кислорода (вероятно, он воспользовался результатами предшествующих экспериментов, где эти параметры измерялись с помощью специальной маски), Каванья сумел рассчитать количество калорий, расходуемое при каждом шаге, и сравнить его с той силой, которую при этом порождает бегун. Результаты поразили ученого. Получалось, что испытуемые потребляют значительно меньше кислорода, чем требовалось бы для выработки того количества энергии, которую они, судя по всему, генерировали для каждого своего шага. Получалось, что если его расчеты верны (а Каванья, конечно же, проверил их не один и не два раза), то «дополнительная» энергия шагов должна браться откуда-то еще. И тогда исследователь выдвинул революционную гипотезу: «Почти половина этой энергии, — предположил он, — порождена таящейся в ногах «энергией эластичного отскока», какой-то формой динамически накапливаемой мощи, которая способна придать вашей походке больше живости». Ученый решил: не исключено, что нога ведет себя как своего рода пружина.
Какое-то время его гипотеза оставалась лишь гипотезой, но вскоре британский зоолог Роберт Макнил Александер почти случайно наткнулся на первые факты, позволяющие начать разбираться в том, как работают такие пружины. Александер заметил, что лошади иногда ломают ноги, прыгая через препятствия, и задался вопросом, почему это происходит. Ему хотелось узнать, какую именно нагрузку акт прыжка создает в нижних конечностях млекопитающих и насколько эта нагрузка близка к той, при которой нога ломается.
Чтобы выяснить это, Александер обучил немецкую овчарку по кличке Счастливчик скачками нестись по длинному коридору возле лаборатории, где работал ученый, и затем запрыгивать на специальную платформу. Перед самым прыжком датчики, вмонтированные в пол, записывали ту силу, с которой лапы собаки давят на поверхность пола, а камера фиксировала положение всех составных частей задних ног Счастливчика (дополнительно помеченных светоотражающей лентой и фломастером-маркером). Введя все эти данные в уже известные математические уравнения, Александер сумел рассчитать, какую силу развивает каждая часть ноги Счастливчика, когда он прыгает вверх.
