Начало XV века связано с интенсивным развитием механики, вначале в Италии, а затем в других странах Европы. Основные положения этой науки и новый круг задач были сформулированы и решены в работах Леонардо да Винчи, Коперника и Галилея. Основы современной теории механизмов, революционный переворот во взглядах на устройство вселенной, становление динамики как раздела механики, взгляды на роль математики как ключа к познанию тайн природы связаны с этими именами.
Гениальным итальянским живописцем, скульптором, архитектором, инженером Леонардо да Винчи были выполнены первые исследования по биологической механике. Он сформулировал подход, согласно которому опыт имеет решающее значение в познании природы. По мнению создателя термина «биомеханика» известного актера и режиссера В.Э.Мейерхольда, Леонардо да Винчи поставил «изучение книги о началах механики как работу, необходимо предшествующую исследованиям законов перемещения тел или иных подвижных частей человека и животных…» [Мейерхольд, 1968].
Леонардо исследовал движения человека, полет птиц, работу сердечных клапанов, движение растительного сока. В полете птиц он выделил машущий полет и парение и пытался объяснить появление сил, поддерживающих полет птиц при взмахе крыльев через уплотнение воздуха. Птицу он рассматривает как «действующий по математическим законам инструмент» [Леонардо да Винчи, 1995]. Леонардо считал, что наука о движении птиц в воздухе должна быть основана на науке «о ветрах, которую докажем посредством движений воды» и отмечает, что «Плавание показывает способ летания и показывает, что тяжесть, имеющая более широкую поверхность, большее оказывает сопротивление воздуху». Он проводил многочисленные исследования на тушках птиц с целью определения центра тяжести тела при различных положениях крыльев и хвоста, пытаясь понять, какие движения тела в полете могут быть вызваны изменением положения хвоста и крыла. Он также подробно описал влияние направления и силы ветра на тактику полета различных птиц и проводил анализ движений с точки зрения расположения центра тяжести и действующих сил [Леонардо да Винчи, 1995].
Он описал механику тела при положении стоя и подъеме из положения сидя, ходьбе в гору и под гору, технику прыжка, впервые описал разнообразие походок людей с разным телосложением, выполнил сравнительный анализ походки человека, обезьяны и ряда животных, способных к двуногой ходьбе (медведя). Во всех случаях особое внимание уделялось положению центров тяжести и сопротивления.
В механике Леонардо да Винчи впервые ввел понятие сопротивления, которое оказывают жидкости и газы движущимся в них телам и первый понял важность нового понятия - момента силы относительно точки – для анализа движения тел. Анализируя силы, развиваемые мышцами и имея превосходные познания в анатомии, Леонардо вводил линии действия сил вдоль направления соответствующей мышцы и тем самым предвосхитил представление о векторном характере сил. При описании действия мышц и взаимодействия систем мышц при выполнении движения Леонардо рассматривал шнуры, натянутые между точками крепления мышц. Для обозначения отдельных мышц и нервов он использовал буквенные обозначения. В его работах можно найти основы будущего учения о рефлексах. Наблюдая сокращения мышц, он отметил, что сокращения могут происходить непроизвольно, автоматически, без сознательного контроля. Все наблюдения и идея Леонардо старался воплотить в технических приложениях, оставил многочисленные чертежи устройств, предназначенных для разного рода перемещений, от водных лыж и планеров до протезов и прообразов современных колясок для инвалидов (всего более 7 тысяч листов рукописей) [Леонардо да Винчи, 1995; Тикотин, 1957].
Леонардо да Винчи проводил исследования звука, генерируемого при движении крыльев насекомых, описал возможность изменения высоты звука при надрезании крыла или смазывании его медом. Проводя анатомические исследования, он обратил внимание на особенности ветвления трахеи, артерий и вен в легких, а также указал, что эрекция является следствием притока крови к половым органам. Он выполнил пионерские исследования филлотаксиса, описав закономерности листорасположения ряда растений, изготовлял отпечатки сосудисто-волокнистых пучков листьев и исследовал особенности их строения.
Основоположник современной анатомии врач Андрей Везалий одним из первых начал исследование анатомии человека путем выполнения вскрытий. В фундаментальном прекрасно иллюстрированном трактате «О строении человеческого тела» (1543 г., в 7 книгах) он сделал научное описание строения, функции и взаимного расположения основных органов и систем организма, указав на многочисленные ошибочные данные, содержавшиеся в имевшихся в то время руководствах, в том числе трудах Галена. Выполнив многочисленные вскрытия, Везалий убедился, что в женском и мужском организме содержится 12 пар ребер, иногда 11 или 13, но не наблюдается того различия в их числе, которое лежит в основе мифа о сотворении женщины из одного ребра мужчины. Он также не обнаружил в теле человека той особой несгораемой косточки, благодаря которой, как утверждала церковь, человек воскреснет и предстанет на Страшном суде. Не обнаружил он и кости в сердце человека, за которую, возможно, Гален принял жесткий фиброзный скелет сердца, который встречается у животных. Везалий выполнял опыты по перевязке артерий и вен, исследовал сокращение рассеченных мышц, выполнял прижизненные наблюдения работы сердца и легких, описал перемещение ликвора в желудочках как «водопровод мозга», отметил сходство сердечной мышцы и скелетной мускулатуры, связал перемещение содержимого кишечника с работой мышц в стенках желудка и кишечника, понял функцию синовиального
сустава и заполняющей его жидкости. Он отнес сухожилия к связкам, а не к нервам, как считали в то время многие анатомы, перечислил различные виды связок. Везалий первый ввел в анатомические руководства обширные таблицы с названиями мышц, выполнил рисунки, описывающие сокращение мышц при разных видах движений, выделяя работу мышц-антагонистов, дал классификацию мышц по форме и функциям. За свои революционные выводы и выполнение вскрытий Везалий неоднократно подвергался гонениям со стороны церкви и сторонников канонизации учения Галена [История медицины, 1954].
Работы французского натуралиста Пьера Белона по сравнительной систематике скелетов птиц и человека легли в основу современной эмбриологии и сравнительной анатомии. После длительного путешествия (1546-1548) по странам Средиземноморья, предпринятого с целью исследования фауны и флоры, он опубликовал результаты наблюдений в трудах «L'histoire naturelle des stranges poissons marins» (1551, "Natural History of Unusual Marine Fishes"), «Les Observations de plusieurs singularitez et choses memorables» (1553, "Observations of Several Curiosities and Memorable Objects"), «L'histoire de la nature des oyseaux» (1555, "Natural History of Birds"). Придерживаясь системы классификации животных, введенной Аристотелем (в частности, животные делились на имеющих и не имеющих кровь), Белон описал 113 видов водных животных и, проведя сравнительные исследования более 200 скелетов птиц, впервые установил гомологию строения костей позвоночных [Лункевич, 1990; Encyclopedia Britannica]. Позже сравнительно-анатомические исследования, обосновывающие единство принципов строения черепа позвоночных будут выполнены известным английским биологом и соратником Чарльза Дарвина Томасом Хаксли.
