Ученые из Кёльна нашли общий принцип движения суставов у людей, мышей и мух

Несмотря на сотни миллионов лет эволюции, разделяющие плодовых мушек, мышей и человека, при ходьбе все они подчиняются одной и той же кинематической закономерности движения суставов. К такому выводу пришли ученые из Кёльнского университета и Исследовательского центра Юлиха. Результаты работы не только проливают свет на фундаментальные механизмы координации в нервной системе, но и открывают практический путь к объективному анализу нарушений подвижности при старении и двигательных заболеваниях.

Чтобы сопоставить локомоцию у видов, которых разделяют сотни миллионов лет эволюции, авторы создали платформу с открытым исходным кодом AutoGaitA на языке Python. Этот комплекс стандартизирует анализ видеозаписей трекинга поз и позволяет напрямую сравнивать суставные углы и скорости перемещения конечностей у организмов с принципиально разным строением скелета.

Главный итог анализа — обнаружение общего дистально-проксимального градиента скорости. Периферические суставы, удаленные от центра тела, перемещаются быстрее, чем те, что расположены ближе к корпусу. Это соотношение сохраняется независимо от темпа ходьбы и внешних условий, что указывает на эволюционно устойчивый принцип нервного управления.

При этом генерация силы толчка оказалась видоспецифичной. Человек отталкивается преимущественно голеностопом, мыши задействуют коленные и голеностопные суставы, а дрозофилы — синхронное сгибание сегментов конечностей. Исследователи также оценили влияние возраста: у всех видов с годами снижается сила толчка, однако базовое соотношение скоростей движения суставов не нарушается.

Инструмент AutoGaitA применим не только к ходьбе, но и к плаванию или полету. По оценке авторов, методика позволяет отделять общие биологические закономерности от видовых адаптаций, что важно для нейробиологических исследований, клинической диагностики патологий движения и разработки программ реабилитации.

Исследование провели ученые под руководством профессора Сильвии Даун и профессора Грацианы Гатто. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) в статье «Межвидовая идентификация консервативных и дивергентных локомоторных кинематических стратегий с использованием AutoGaitA».