W całym królestwie zwierząt najszybsze zwierzęta są zawsze średniej wielkości. Gepardy wyprzedzają lwy, delfiny wyprzedzają orki, a sokoły wędrowne latają szybciej niż łyse orły.
Większe ciała oznaczają większe, silniejsze mięśnie, więc nie było wyraźnego powodu tej zasady - w końcu dlaczego większe zwierzęta nie powinny wykorzystywać przewagi mocy do prędkości?
Teraz naukowcy odkryli matematyczny powód: według nowych badań największe zwierzęta są ograniczone przez to, ile energii mogą zmobilizować do przyspieszenia.
„Kiedy duże zwierzęta osiągają większe prędkości podczas sprintu, ich szybko dostępne rezerwy energii również wkrótce się wyczerpują” - powiedział kierownik badań Myriam Hirt, zoolog z Niemieckiego Centrum Integracyjnych Badań Różnorodności Biologicznej w Lipsku.
Fotoradar
Hirt zainteresował się zrozumieniem związku między rozmiarem a prędkością podczas pracy nad projektem, który wymagał od niej oszacowania maksymalnych prędkości zwierząt. Tradycyjne metody szacowania prędkości na podstawie wielkości ciała zaowocowały absurdalnymi liczbami dla największych zwierząt. Na przykład dla słoni obliczenia wykazały maksymalną prędkość 373 mil / h (600 km / h), powiedziała Live Science. Słonie faktycznie biegają z maksymalną prędkością 21 km / h (34 km / h).
Hirt nie był pierwszym, który zauważył, że największe zwierzęta lądowe nie są zbyt szybkie. Ale kiedy robiła więcej kopania, zdała sobie sprawę, że wzór dotyczy latających zwierząt i pływaków.
„To uświadomiło mi, że mechanizm leżący u podstaw musiał być bardzo ogólną zasadą” - powiedziała.
Hirt zbudował model matematyczny, aby wyjaśnić ten mechanizm. Powiedziała, że zwierzęta osiągają maksymalną prędkość biegu na krótkich sprintach, a nie na długich dystansach. Krótkie sprinty są zasilane beztlenowo, co oznacza, że paliwo zasilające mięśnie pochodzi z krótkotrwałego przechowywania i jest ograniczone. (Metabolizm tlenowy, który uzupełnia mięśnie paliwem wytwarzanym za pomocą tlenu, powoduje dłuższe wysiłki.)
Hirt powiedział, że masa musi pokonać bezwładność, aby zwierzę mogło się poruszyć, więc słoń nie może rozpędzić się tak szybko, jak mysz. Zanim słoń zacznie chodzić, zużył już sporą ilość beztlenowych zapasów energii. W rezultacie największe zwierzęta nigdy nie osiągają teoretycznych prędkości biegu, które ich rozmiar mięśni mógłby sugerować, że jest możliwe, podał dziś Hirt (17 lipca) w czasopiśmie Nature Ecology & Evolution.
Zależność między masą ciała a prędkością ma kształt garbu: prędkość wzrasta wraz z rozmiarem ciała do punktu, a następnie maleje, gdy rozmiar ciała przewyższa dostępność energii.
Rozmiar i prędkość
Hirt przetestowała swój model na bazie danych 474 gatunków z całego królestwa zwierząt. Odkryła, że przewiduje maksymalne prędkości z prawie 90-procentową dokładnością dla biegaczy, pływaków i lotników. 10 procent pozostałych do wyjaśnienia można przypisać różnym problemom, takim jak błąd pomiaru, adaptacje ciała właściwe dla gatunku i źródło ciepła zwierzęcia - niezależnie od tego, czy zwierzę jest endotermiczne (ciepłokrwiste) czy ektotermiczne (zimnokrwiste), Powiedział Hirt.
Zwierzęta endotermiczne na lądzie są nieco szybsze niż zwierzęta ektotermiczne, po prostu dlatego, że zwierzęta endotermiczne mogą być aktywne niezależnie od temperatury zewnętrznej. Dziwnie, ten wzór odwraca się w wodzie: stworzenia zimnokrwiste są w rzeczywistości szybsze niż zwierzęta ciepłokrwiste. Jest tak prawdopodobnie dlatego, że ciepłokrwiste stworzenia oceanu, takie jak pingwiny i wieloryby, albo spędzają trochę czasu na lądzie, albo mają przodka lądowego, powiedział Hirt. Powiedziała, że zwierzęta te prawdopodobnie rozwinęły pewne kompromisy, które czynią je nieco wolniejszymi w wodzie.
Chociaż ludzie są średnio wolniejsi niż przewiduje formuła Hirt, Usain Bolt - rekordzista w sprintach na 100 i 200 metrów - dobrze pasuje do danych, powiedział Hirt. Jest tak prawdopodobnie dlatego, że ludzie nie mają rodzajów adaptacji, które pomagają w szybkim wytwarzaniu gepardów, takich jak ultraelastyczne kolce i stawy.
Hirt powiedział, że nowa formuła prędkości może być przydatna w przyszłych badaniach obejmujących ruch i migrację zwierząt, a także interakcje drapieżnik-ofiara. Można go również wykorzystać do lepszego wskazania prędkości poruszających się wymarłych zwierząt. Według obliczeń Hirt, Velociraptor prawdopodobnie przyspieszył z maksymalną prędkością 34 mph (54,5 km / h), T. rex może wrzucić bieg z prędkością do 17 mph (27 km / h) i Brachiozaur leciał najdalej z prędkością 7 mph (11,9 km / h).
Oryginalny artykuł o Live Science.
