علم الفيزياء يوضح كيفية هبوط القطط دائما على أقدامها

من أكثر المشاهد إذهالا في عالم الحيوان ومن أكثرها إثارة لفضول العلماء رؤية قطة تسقط من ارتفاع ثم تقوم بالتواء سريع في الهواء وتهبط على أقدامها وكأنها تتحدى قوانين الفيزياء.

هذه القدرة العجيبة ليست خرافة، وليست مجرد حظ، بل هي نتاج عملية عصبية وميكانيكية دقيقة تُعرف باسم “منعكس تعديل وضعية الجسم”، وهو قدرة فطرية تمتلكها القطط لتعديل وضعية أجسامها أثناء السقوط، بحيث تهبط على أقدامها بأمان.

ويظهر هذا المنعكس لدى الهررة الصغيرة في عمر 3 إلى 4 أسابيع، ويكتمل تماما في عمر 6 إلى 7 أسابيع، واللافت أن هذه القدرة لا تعتمد على الرؤية، إذ أظهرت الدراسات أن القطط العمياء تطور المنعكس ذاته، مما يشير إلى أنه مبرمج عصبيا في الجسم.

وفي جوهره، يعتمد هذا المنعكس على تناغم مذهل بين حاسة التوازن (الجهاز الدهليزي) ومرونة العمود الفقري والسيطرة العضلية الدقيقة، مما يسمح للقط بأن يدور في الهواء دون أن يخالف قانون حفظ الزخم الزاوي.

مرونة فائقة

ولكن كيف يحدث هذا الأمر؟ أولا: عندما تبدأ القطة في السقوط يلتقط جهاز التوازن في أذنها الداخلية اتجاه الجاذبية، وهنا يعرف الجهاز العصبي تلقائيا نقطة مرجعية يتوجه إليها.

والجهاز الدهليزي عبارة عن قنوات مليئة بالسوائل وشعيرات حسية تستشعر الحركة والاتجاه، وترسل هذه الإشارات إلى الدماغ الذي يصدر أوامر للعضلات لتعديل الوضعية فورا حتى بدون الرؤية، وفي الواقع فإن هذه تعد حاسة معادلة للرؤية بشكل أو بآخر.

ثانيا: بعد ذلك تلتف القطة برأسها نحو الأرض، ثم تنثني عند الخصر ويدور النصف الأمامي من جسدها بشكل مستقل، أما النصف الخلفي فيدور في الاتجاه المعاكس، للحفاظ على الزخم العام ثابتا.

وفي هذه الحالة فإن القطة تثني أرجلها الأمامية لتجعل النصف الأمامي أخف وأسهل في الدوران، وتقوم في نفس الوقت بمد أرجلها الخلفية لزيادة وزن الجزء الخلفي (عزم القصور الذاتي).

وبهذه الطريقة يستطيع النصف الأمامي أن يدور مثلا 90 درجة، في حين لا يحتاج النصف الخلفي سوى إلى دوران بسيط في الاتجاه المعاكس (مثلا 10 درجات)، مما يحافظ على التوازن الكلي للحركة.

وتتمتع القطط بعمود فقري شديد المرونة يتكون من نحو 53 فقرة (مقارنة بـ33 عند البشر)، وهذا يسمح لها بالانثناء عند الخصر والتواء الجزأين الأمامي والخلفي بشكل منفصل، كما يساعدها الجلد الرخو والوزن الخفيف على الحركة السلسة، ويمنحها القدرة على امتصاص الصدمة عند الهبوط.

ثالثا: بعد ذلك تمد القطة أطرافها الأربعة قبل الهبوط لزيادة مقاومة الهواء وتقليل الصدمة عند النزول.

وتصل القطة أثناء السقوط إلى سرعة نهائية تبلغ نحو 96 كيلومترا في الساعة، وهي سرعة أقل من البشر بسبب وزنها الخفيف وبنيتها الديناميكية الهوائية.

وفي عام 1969 حلل عالمان من جامعة ستانفورد هذه الظاهرة باستخدام نماذج رياضية وتصوير عالي السرعة، وخلصت دراستهما -التي جاءت تحت عنوان “تفسير ديناميكي لظاهرة سقوط القطة”- إلى أن القطط تدور بشكل لا ينتهك قوانين الفيزياء بفضل تقسيم أجسامها وتحكمها الدقيق بها.

في 300 ملي ثانية

كان العالم الفرنسي إتيان-جول ماري من أوائل من وثقوا هذه الظاهرة باستخدام التصوير الفوتوغرافي المتتابع في أواخر القرن الـ19، حيث التقط صورا لقطة تسقط من ارتفاع، وبيّنت الصور كيف تدور القطة وتستقيم وتهبط بأقدامها، مما أثار اهتمام الأوساط العلمية.

ولاحقا، أجرت وكالة ناسا وعدد من الجامعات البيطرية دراسات أكثر تقدما باستخدام كاميرات فائقة السرعة، ووجدوا أن كل عملية الالتفاف تحدث خلال 300 ملي ثانية فقط، وهو ما يساوي أقل من ثلث ثانية.

وفي دراسة مشهورة نُشرت عام 1987 في دورية “جورنال أوف أميركان فيريناري ميدسن أسوسيشن” تم تحليل 132 حالة سقوط لقطط من مبانٍ عالية في نيويورك، والمفاجأة كانت أن القطط التي سقطت من ارتفاعات أعلى من 7 طوابق عانت إصابات أقل من تلك التي سقطت من ارتفاعات متوسطة.

والسبب في ذلك أنه بعد وصول القطة إلى السرعة النهائية يبدو أنها ترخي عضلاتها وتفرد جسمها لتوزيع الصدمة على مساحة أكبر كما لو كانت تنزلق في الهواء، وسُميت هذه الظاهرة أحيانا “متلازمة القطة الطائرة”.

وفي الواقع، بينما تملك بعض الحيوانات مثل السناجب أو بعض الزواحف قدرة محدودة على التوازن في الهواء فإن القطط لا مثيل لها من حيث الدقة والفعالية، فالكلاب مثلا لا تملك هذا المنعكس، وتتعرض لإصابات خطيرة عند السقوط.

تطبيقات المحاكاة الحيوية

لم تتوقف أهمية منعكس تعديل وضع الجسم لدى القطط عند حدود علم الأحياء أو الطب البيطري، بل امتدت لتلهم مجالات متنوعة مثل الهندسة والفضاء والروبوتات، فعلى سبيل المثال استفاد مهندسو الروبوتات من فهم آلية التواء القطة في الهواء لتطوير روبوتات قادرة على استعادة توازنها أثناء السقوط أو فقدان الاستقرار.

ومن خلال محاكاة حركة العمود الفقري للقط صمّم الباحثون أنظمة تسمح للروبوت بتقسيم جسمه إلى أقسام أمامية وخلفية تدور بشكل منفصل للمساعدة على تصحيح الوضعية في الجو، تماما كما تفعل القطة.

وفي مجال رحلات الفضاء، درس العلماء كيف تتفاعل القطة مع تغير الاتجاه أثناء السقوط، رغم أن هذا المنعكس لا يعمل في بيئة انعدام الجاذبية.

هذه الأبحاث ألهمت تطوير برامج تدريب رواد الفضاء على الإدراك الجسدي والتوازن في الفضاء، حيث لا توجد “أعلى” أو “أسفل” كما نعرفهما على الأرض، وقد استعانوا بنماذج حركية مستوحاة من القطط لتعليم الرواد كيفية استخدام أجسامهم لتوجيه أنفسهم في الفضاء الضيق داخل المحطات الفضائية.

كما ساهمت دراسة ردود فعل القطط في تغذية خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تتحكم في المسيّرات، إذ تساعد النماذج المستوحاة من القطة في التعامل مع الحركات غير المتوقعة، مثل السقوط المفاجئ أو فقدان التوازن عبر اتخاذ قرارات لحظية تعيد التوازن بدقة عالية.