Międzynarodowy zespół naukowców, w tym badacze z Imperial College London, opracował fizyczny model pokazujący, że to mięśnie wyznaczają ograniczenia maksymalnej prędkości biegu zwierząt lądowych. Badania opublikowane w czasopiśmie Nature Communications wskazują, że istnieją dwa kluczowe ograniczenia szybkości biegu, a maksymalna prędkość zależy od tego, który limit zostanie osiągnięty jako pierwszy.
Czytaj też: Zmutowane wilki z Czarnobyla rozwinęły niesamowite zdolności
Dr David Labonte z Imperial College London mówi:
Najszybsze zwierzęta nie są ani dużymi słoniami, ani małymi mrówkami, ale mają średni rozmiar – jak gepardy. Dlaczego prędkość biegu odbiega od regularnych wzorców rządzących większością innych aspektów anatomii i wydajności zwierząt?
Dlaczego gepardy są takie szybkie, a słonie tak wolne?
Pierwsza granica maksymalnej prędkości biegu, zwana “granicą pojemności energii kinetycznej”, wskazuje, że mięśnie mniejszych zwierząt są ograniczone szybkością skurczu. Ponieważ wytwarzają one duże siły w stosunku do masy ciała, ich bieg przypomina trochę próbę przyspieszania na niskim biegu podczas jazdy w dół.
Czytaj też: Nie tygrys, nie lew, nie rekin. Oto najbardziej żarłoczny drapieżnik na Ziemi
Druga granica, określana “granicą wydajności pracy”, wskazuje, że mięśnie większych zwierząt są ograniczone przez to, jak bardzo mogą się skurczyć. Im większa masa zwierzęcia, tym mniejsza siła wytwarzana podczas skurczu, a bieg przypomina próbę przyspieszania podczas jazdy rowerem pod górę na wysokim biegu.
Dr Peter Bishop z Harvard University wyjaśnia:
W przypadku dużych zwierząt, takich jak nosorożce czy słonie, bieganie może przypominać podnoszenie ogromnego ciężaru, ponieważ ich mięśnie są stosunkowo słabsze, a grawitacja wymaga większych kosztów. W wyniku obu przypadków zwierzęta w końcu muszą zwolnić, gdy rosną.
Aby przetestować dokładność zaproponowanego modelu, naukowcy porównali swoje prognozy z danymi dotyczącymi prędkości i wielkości zwierząt lądowych zebranymi od ponad 400 gatunków – od dużych ssaków, ptaków i jaszczurek po maleńkie pająki i owady. Model dokładnie przewidział, jak zmieniają się maksymalne prędkości biegu w zależności od rozmiaru ciała zwierząt, których masa ciała różni się o ponad 10 rzędów wielkości – od maleńkich roztoczy o masie 0,1 mg po 6-tonowe słonie.
Zwierzęta wielkości geparda występują w fizycznym optymalnym punkcie, ważąc około 50 kg, gdzie te dwie granice zbiegają się. W związku z tym to właśnie te koty są najszybszymi znanymi zwierzętami lądowymi, rozpędzając się do 80-130 km/h.
Przeprowadzone analizy rzucają światło na fizyczne zasady ewolucji mięśni i mogą pomóc w projektowaniu robotów, które dorównują atletyce najlepszych zwierzęcych biegaczy. Poza tym, przeprowadzone badania dostarczają kluczowych wskazówek pozwalających zrozumieć różnice między grupami zwierząt. Duże gady, takie jak jaszczurki i krokodyle, są na ogół mniejsze i wolniejsze niż duże ssaki.
Model przewidywał również, że zwierzęta lądowe ważące ponad 40 ton nie będą mogły się poruszać. Najcięższym żyjącym obecnie ssakiem lądowym jest słoń afrykański, ważący około 6,6 tony, choć niektóre dinozaury lądowe, takie jak patagotytan, prawdopodobnie ważyły znacznie ponad 40 ton. Nie wiemy, jak tak masywne dinozaury były w stanie się poruszać, co rodzi pytania wymagające bardziej ukierunkowanego gromadzenia danych na temat określonych grup zwierząt.