Ewolucja prędkości u zwierząt lądowych

Aby wyjaśnić przyczynę tej anomalii, międzynarodowy zespół badaczy przeprowadził badanie mające na celu zbadanie, w jaki sposób zdolności mięśni ograniczają maksymalną prędkość zwierząt lądowych.

Prędkość biegu ma dwie różne granice

„Najszybszymi zwierzętami nie są ani wielkie słonie, ani maleńkie mrówki, lecz zwierzęta średniej wielkości, takie jak gepardy", mówi główny autor David Labonte, ekspert w dziedzinie bioinżynierii. „Dlaczego prędkość biegu odbiega od regularnych wzorców, które określają większość pozostałych aspektów anatomii i wydolności zwierząt?”

Badania pokazują, że maksymalna prędkość biegu nie jest ograniczana przez jeden pojedynczy czynnik, lecz przez dwie różne granice związane z funkcjonowaniem mięśni: prędkość skurczu mięśni oraz stopień skrócenia mięśnia podczas skurczu. Maksymalna prędkość zwierzęcia jest ograniczona przez pierwszą z tych granic, która zależy od wielkości zwierzęcia.

„Zwierzęta o wielkości mniej więcej takiej jak gepard znajdują się w fizycznie idealnym punkcie przy około 50 kg, w którym te dwie granice się pokrywają. Zwierzęta te są w związku z tym najszybsze i osiągają prędkości do około 105 km/h", wyjaśnia współautor Christofer Clemente.

Wielkość zwierzęcia a prędkość biegu

W badaniu wprowadzono dwie teoretyczne granice: „granicę zdolności energii kinetycznej” dla mniejszych zwierząt, ograniczaną przez prędkość, z jaką ich mięśnie mogą się kurczyć, oraz „granicę zdolności do pracy” dla większych zwierząt, ograniczaną przez stopień, w jakim ich mięśnie mogą się skracać.

«Dla dużych zwierząt, takich jak nosorożce czy słonie, bieganie może odczuwać się jak podnoszenie ogromnego ciężaru, ponieważ ich mięśnie są stosunkowo słabsze, a grawitacja wymaga większego wysiłku» – wyjaśnia współautor badania Peter Bishop, doktorant w dziedzinie biologii organizmalnej i ewolucyjnej na Harvardzie.

Zasady fizyczne rządzące ewolucją mięśni

Model zespołu, przetestowany na danych dotyczących ponad 400 gatunków różnej wielkości, pozwolił dokładnie przewidzieć różnice w maksymalnej prędkości biegu w świecie zwierząt, ukazując tym samym leżące u ich podstaw zasady fizyczne rządzące ewolucją mięśni.

Odkrycia te mogłyby potencjalnie przyczynić się do stworzenia robotów naśladujących sprawność fizyczną najlepszych biegaczy natury.

Masa mięśniowa kończyn a masa ciała

Ponadto model rzuca światło na różnice między poszczególnymi grupami zwierząt. Na przykład niższa – w stosunku do masy ciała – masa mięśniowa kończyn u gadów może wyjaśniać, dlaczego większe gady są zazwyczaj mniejsze i wolniejsze niż duże ssaki.

«Możliwym wyjaśnieniem jest to, że mięśnie kończyn stanowią u gadów mniejszy udział w stosunku do masy ciała, co oznacza, że osiągają granicę wydolności już przy niższej masie ciała i dlatego muszą pozostać małe, aby móc poruszać się szybko» – mówi współautorka badania, Taylor Dick, wykładowczyni biomedycyny w Queensland.

Fizjologia mięśni masywnych zwierząt

Wyniki wskazują również, że największe żyjące obecnie ssaki lądowe, takie jak słoń afrykański, znajdują się daleko poniżej teoretycznej granicy masy ciała, powyżej której zwierzęta lądowe byłyby unieruchomione.

Budzi to wątpliwości co do budowy mięśniowej wymarłych gigantów, takich jak Patagotitan, który prawdopodobnie ważył ponad 40 ton, i skłania do dalszych badań nad ich unikalnymi adaptacjami fizjologicznymi.

«Nasze badanie stawia wiele interesujących pytań dotyczących fizjologii mięśni zarówno wymarłych, jak i żyjących obecnie zwierząt, w tym sportowców. Ograniczenia fizyczne dotyczą zarówno zwierząt pływających i latających, jak i biegających – a rozszyfrowanie tych granic jest kolejnym punktem na naszej agendzie» – podsumowuje Labonte.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.

Dalsze artykuły

• Zoo wyrządzają zwierzętom więcej szkody, niż mogłoby się wydawać
• Sprawiedliwość dla zwierząt z zoo
• Czy nadszedł czas, by zakazać zoo?
• Finlandia: zoo chce odesłać pandy wielkie do Chin ze względu na koszty utrzymania
• Trzymanie słoni w zoo musi wreszcie się skończyć!
• Zabijanie nadliczbowych zwierząt – zoo zawodzą w ochronie gatunków