Ответ появился в новом исследовании, которое посвящено увлекательной физике, которая определяет скорость передвижения животных, и проливает свет на сложную взаимосвязь между размером тела, мышечной способностью и силами природы.
Ученые узнали, что влияет на скорость передвижения животных
Ни для кого не секрет, что гепард является самым быстрым наземным животным, способным развивать поразительную скорость до 110 км в час. Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему слоны, несмотря на свои огромные размеры, не самые медлительные?
Unsplash
Кажется логичным, что некоторые крупные животные просто не могут быть быстрыми
О чем говорит новая работа?
В исследовании, проведенном под руководством Дэвида Лабонте из Имперского колледжа Лондона, были проанализированы данные о скорости сотен животных с массой тела из 11 разных групп, от крошечных клещей до массивных слонов.
Команда обнаружила, что максимальная скорость бега животных соответствует интригующей закономерности — она увеличивается с увеличением размера тела до определенного момента, а затем снижается у самых крупных существ.
Эта нелинейная зависимость противоречит типичному степенному закону, характерному для большинства биологических признаков, при котором признаки монотонно меняются в зависимости от размера. Итак, что же стоит за этой необычной тенденцией в скорости животных? Ученые предполагают, что это возникает в результате перетягивания каната между двумя ключевыми ограничениями: рабочими и кинетическими энергетическими возможностями мышц.
С помощью анализа размеров и моделирования они показали, что у мелких животных максимальная скорость ограничена максимальной кинетической энергией, которую мышцы могут генерировать за одно сокращение. Больший размер тела позволяет развивать более высокие скорости, поскольку более длинные ноги и больший объем мышц увеличивают выработку кинетической энергии.
Однако это преимущество не вечно. При критической массе тела, составляющей около 50 кг, ограничивающим фактором становится работоспособность мышц. Хотя крупные животные могут вырабатывать большое количество кинетической энергии, их мышцы просто не могут выполнять достаточную работу, чтобы продолжать увеличивать скорость. Что еще хуже, исследователи обнаружили, что гравитация также начинает сказываться на крупных животных, отнимая у них все больше и больше мышечной работы.
«Животные размером с гепарда имеют физическую нагрузку около 50 кг, и эти два предела совпадают. Следовательно, эти животные являются самыми быстрыми», — говорит соавтор исследования профессор Кристофер Клементе.
В исследовании также были отмечены некоторые интересные отклонения от общей тенденции, которые указывают на важные факторы реального мира. Согласно модели, скорость мелких животных должна увеличиваться с увеличением размера тела более быстрыми темпами, чем это наблюдается на самом деле.
Исследователи предполагают, что это несоответствие может быть объяснено способностью крупных животных напрягать свои мышцы для увеличения рычага, и этот вывод подтверждается эмпирическими данными об анатомии ног.