Evolutie van snelheid bij landdieren

Om de reden voor deze anomalie te achterhalen, heeft een internationaal onderzoeksteam een studie uitgevoerd om te onderzoeken hoe spiercapaciteiten de topsnelheid van landdieren begrenzen.

De loopsnelheid heeft twee verschillende grenzen

«De snelste dieren zijn noch grote olifanten noch minuscule mieren, maar dieren van middelgrote omvang zoals jachtluipaarden», zegt hoofdauteur David Labonte, expert in bio-engineering. «Waarom doorbreekt de loopsnelheid de regelmatige patronen die de meeste andere aspecten van de anatomie en prestaties van dieren bepalen?»

Het onderzoek toont dat de maximale loopsnelheid niet door één enkele factor wordt begrensd, maar door twee verschillende grenzen die met de spierfunctie samenhangen: de snelheid van de spiercontractie en de mate van spierverkorting tijdens een contractie. De topsnelheid van een dier wordt begrensd door de eerste grens, die afhangt van de grootte van het dier.

«Dieren die ongeveer zo groot zijn als een jachtluipaard, bevinden zich op een fysiek ideaal punt bij ongeveer 50 kg, waar deze twee grenzen samenvallen. Deze dieren zijn dan ook de snelste en bereiken snelheden tot ongeveer 105 km/u», legt co-auteur Christofer Clemente uit.

Diergrootte en loopsnelheid

In de studie worden twee theoretische grenzen geïntroduceerd: de “grens van de kinetische energiecapaciteit” voor kleinere dieren, die wordt begrensd door de snelheid waarmee hun spieren zich kunnen samentrekken, en de “grens van de arbeidscapaciteit” voor grotere dieren, die wordt beperkt door de mate waarin hun spieren zich kunnen samentrekken.

«Voor grote dieren zoals neushoorns of olifanten kan lopen aanvoelen alsof ze een enorm gewicht moeten tillen, omdat hun spieren relatief zwakker zijn en de zwaartekracht een grotere inspanning vereist», aldus co-auteur Peter Bishop, postdoctoraal onderzoeker in organismische en evolutionaire biologie aan Harvard.

Fysische principes voor de evolutie van spieren

Het model van het team, dat werd getest aan de hand van gegevens van meer dan 400 soorten van uiteenlopende grootte, kon de verschillen in maximale loopsnelheid in het dierenrijk nauwkeurig voorspellen en zo de onderliggende fysische principes voor de spierevolutie blootleggen.

Deze bevindingen zouden mogelijk kunnen leiden tot de ontwikkeling van robots die de atletische prestaties van de beste lopers in de natuur nabootsen.

Spiermassa van de ledematen en lichaamsgewicht

Bovendien werpt het model licht op de verschillen tussen de afzonderlijke diergroepen. Zo zou bijvoorbeeld de in verhouding tot het lichaamsgewicht geringere spiermassa van de ledematen bij reptielen kunnen verklaren waarom grotere reptielen doorgaans kleiner en langzamer zijn dan grote zoogdieren.

«Een mogelijke verklaring hiervoor is dat de ledematenspieren in verhouding tot het lichaamsgewicht een kleiner aandeel van het lichaam van reptielen uitmaken, wat betekent dat ze bij een lager lichaamsgewicht al de werkgrens bereiken en daarom klein moeten blijven om zich snel te kunnen voortbewegen», aldus co-auteur van de studie Taylor Dick, docent biomedische wetenschappen in Queensland.

Spierfysiologie van forse dieren

De resultaten wijzen er ook op dat de grootste landzoogdieren die vandaag leven, zoals de Afrikaanse olifant, ver onder de theoretische gewichtsgrens blijven waarboven landdieren onbeweeglijk zouden worden.

Dit doet twijfels rijzen over de spieranatomie van uitgestorven reuzen zoals de Patagotitan, die waarschijnlijk meer dan 40 ton woog, en geeft aanleiding tot verder onderzoek naar hun unieke fysiologische aanpassingen.

«Onze studie roept veel interessante vragen op over de spierfysiologie van zowel uitgestorven als hedendaagse dieren, waaronder menselijke atleten. Fysieke beperkingen gelden voor zwemmende en vliegende dieren net zo goed als voor lopende dieren – en het ontrafelen van die grenzen staat als volgende op onze agenda», aldus Labonte tot besluit.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

Verdere artikelen

• Dierentuinen berokkenen dieren meer schade dan u zich wellicht bewust bent
• Gerechtigheid voor dierentuindieren
• Is het tijd om dierentuinen te verbieden?
• Finland: dierentuin wil reuzenpanda's vanwege onderhoudskosten terugsturen naar China
• Het houden van olifanten in dierentuinen moet eindelijk stoppen!
• Doden van overtollige dieren – dierentuinen falen bij soortenbescherming