V živalskem kraljestvu obstaja neskladje. Medtem ko se številne ključne lastnosti, kot so moč, dolžina okončin, življenjska doba in velikost možganov, povečujejo z velikostjo živali, je hitrost teka običajno najvišja pri srednje velikih živalih.
Da bi raziskali, zakaj, je mednarodna ekipa raziskovalcev, vključno z Imperialom, Univerzo Harvard, Univerzo Queensland in Univerzo Sunshine Coast, razvila fizični model, kako mišice, univerzalni motor živali, določajo meje najvišje hitrosti teka kopenskih živali.
Vodilni avtor dr. David Labonte z oddelka za bioinženiring Imperial Collegea v Londonu je dejal: »Najhitrejše živali niso ne veliki sloni ne drobne mravlje, ampak srednje velikosti, kot so gepardi.« Zakaj?
Bistvo: kako hitro in kako daleč se mišice krčijo
Njihove ugotovitve kažejo, da ni ena omejitev največje hitrosti teka, kot so mislili prej, ampak dve: kako hitro in kako daleč se mišice krčijo. Največja hitrost, ki jo žival lahko doseže, je določena glede na to, katera meja je dosežena prva – in to mejo narekuje velikost živali.
Prva meja, imenovana meja zmogljivosti kinetične energije, nakazuje, da so mišice manjših živali omejene s tem, kako hitro se lahko skrčijo. Ker majhne živali ustvarjajo velike sile glede na svojo težo, je tek za majhno žival podobno kot poskus pospeševanja v nizki prestavi pri kolesarjenju navzdol.
Druga meja, imenovana meja delovne zmogljivosti, nakazuje, da so mišice večjih živali omejene s tem, kako daleč se lahko skrčijo njihove mišice. Ker so velike živali težje, njihove mišice proizvajajo manj sile glede na njihovo težo, tek pa je bolj podoben poskusu pospeševanja pri kolesarjenju v hrib v visoki prestavi.
Soavtor dr. Peter Bishop z univerze Harvard je dejal: »Za velike živali, kot so nosorogi ali sloni, se lahko zdi, da tečejo počasi, ker so njihove mišice razmeroma šibkejše in gravitacija zahteva večje stroške. Kot rezultat obojega morajo živali sčasoma upočasniti, ko postajajo večje.«
Zabavna raziskava vseh vrst živali
Da bi preizkusili točnost svojega modela, je ekipa svoje napovedi primerjala s podatki o hitrosti in velikosti kopenskih živali, zbranimi pri več kot 400 vrstah, od velikih sesalcev, ptic in kuščarjev do drobnih pajkov in žuželk.
Model je natančno napovedal, kako se največje hitrosti teka spreminjajo glede na velikost telesa za živali, ki se razlikujejo za več kot 10 stopenj velikosti v telesni masi – od drobnih 0,1 miligramskih pršic do šesttonskih slonov.
Njihove ugotovitve osvetljujejo fizikalne principe razvoja mišic in bi lahko prispevale k oblikovanju prihodnjih modelov robotov, ki se ujemajo z atletiko najboljših živalskih tekačev.
Poleg razlage, kako hitro lahko živali tečejo, lahko novi model zagotovi tudi kritične namige za razumevanje razlik med skupinami živali. Veliki plazilci, kot so kuščarji in krokodili, so na splošno manjši in počasnejši od velikih sesalcev.
Soavtor dr. Taylor Dick z Univerze v Queenslandu je dejal: »Ena od možnih razlag za to je lahko, da mišice udov predstavljajo manjši odstotek teles plazilcev glede na težo, kar pomeni, da dosežejo mejo dela pri manjši telesni teži, zato morajo ostati majhni, da se hitro premikajo.«
Ali višja teža pomeni, da žival ne bi mogla teči?
Model je v kombinaciji s podatki o sodobnih vrstah tudi napovedal, da se kopenske živali, ki tehtajo več kot 40 ton, ne bodo mogle premikati. Najtežji kopenski sesalec, ki danes živi, je afriški slon s približno 6,6 tone – kljub temu pa so nekateri kopenski dinozavri, kot je Patagotitan, verjetno tehtali veliko več kot 40 ton.
Raziskovalci pravijo, da to kaže, da bi morali biti previdni pri ocenjevanju mišične anatomije izumrlih živali na podlagi podatkov o neizumrlih. Namesto tega menijo, da podatki kažejo, da so izumrli velikani morda razvili edinstveno mišično anatomijo, ki zahteva več študij.
Študija odpira vprašanja o tem, kako so se masivni dinozavri uspeli premakniti, pa tudi vprašanja, ki zahtevajo bolj ciljno usmerjeno zbiranje podatkov o določenih skupinah živali, na primer pri plazilcih ali pajkih.
Medtem ko je študija obravnavala samo kopenske živali, bodo raziskovalci svoje metode nato uporabili pri živalih, ki letijo in plavajo.
Dr Labonte je dejal: »Naša študija odpira veliko zanimivih vprašanj o mišični fiziologiji tako izumrlih živali kot tistih, ki so danes žive, vključno s človeškimi športniki. Fizične omejitve vplivajo na plavanje in letenje živali enako kot na tek živali – in odklepanje teh meja je naslednji na našem dnevnem redu.«
Novinar
