Η μελέτη τους, που αποκαλύπτει ένα σύστημα διπλού περιορισμού που περιλαμβάνει την ικανότητα κινητικής ενέργειας και τα όρια ικανότητας εργασίας, προτείνει ζώα βάρους περίπου 50 κιλών, όπως τα τσιτάχ, να φτάνουν τις υψηλότερες ταχύτητες λόγω της φυσικής τους «γλυκιάς θέσης».

Υπάρχει μια ανωμαλία μεταξύ των φυσικών χαρακτηριστικών του ζωικού κόσμου. Αν και χαρακτηριστικά όπως η μυϊκή δύναμη, το μήκος του εξαρτήματος, η μακροζωία και η μάζα του εγκεφάλου γενικά κλιμακώνονται προς τα πάνω καθώς αυξάνεται το μέγεθος ενός οργανισμού, η μέγιστη ταχύτητα που επιτυγχάνεται κατά το τρέξιμο κορυφώνεται με πλάσματα μέτριου αναστήματος.

Για να διερευνήσει γιατί, μια διεθνής ομάδα ερευνητών, όπως το Imperial, το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, το Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ και το Πανεπιστήμιο της Sunshine Coast, ανέπτυξαν ένα φυσικό μοντέλο του τρόπου με τον οποίο οι μύες, ο παγκόσμιος κινητήρας των ζώων, θέτουν όρια στις κορυφαίες ταχύτητες τρεξίματος των ζώων της ξηράς. .

Ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ David Labonte, από το Τμήμα Βιομηχανικής του Imperial College του Λονδίνου , είπε: «Τα πιο γρήγορα ζώα δεν είναι ούτε μεγάλοι ελέφαντες ούτε μικροσκοπικά μυρμήγκια, αλλά μεσαίου μεγέθους, όπως τα τσιτάχ. Γιατί η ταχύτητα τρεξίματος σπάει με τα κανονικά μοτίβα που διέπουν τις περισσότερες άλλες πτυχές της ανατομίας και της απόδοσης των ζώων;»

Τα ευρήματά τους υποδεικνύουν ότι δεν υπάρχει ένα όριο στη μέγιστη ταχύτητα τρεξίματος, όπως πιστεύαμε προηγουμένως, αλλά δύο: πόσο γρήγορα σε σχέση με το πόσο συστέλλονται οι μύες. Η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να φτάσει ένα ζώο καθορίζεται από όποιο όριο φτάσει πρώτο – και αυτό το όριο υπαγορεύεται από το μέγεθος του ζώου.

Ο συγγραφέας καθηγητής Christofer Clemente, από το University of the Sunshine Coast και το University of Queensland, δήλωσε: «Το κλειδί για το μοντέλο μας είναι να κατανοήσουμε ότι η μέγιστη ταχύτητα τρεξίματος περιορίζεται τόσο από το πόσο γρήγορα συστέλλονται οι μύες, όσο και από το πόσο πολύ μπορεί να βραχύνει κατά τη διάρκεια μιας συστολής.

«Ζώα στο μέγεθος ενός τσιτάχ υπάρχουν σε ένα φυσικό “γλυκό σημείο” περίπου στα 50 κιλά, όπου αυτά τα δύο όρια συμπίπτουν. Αυτά τα ζώα είναι κατά συνέπεια τα πιο γρήγορα, φτάνοντας ταχύτητες έως και 65 μίλια την ώρα».

Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο Nature Communications .

Δοκιμάζοντας τα όρια
Το πρώτο όριο, που ονομάζεται «όριο ικανότητας κινητικής ενέργειας», υποδηλώνει ότι οι μύες των μικρότερων ζώων περιορίζονται από το πόσο γρήγορα μπορούν να συστέλλονται. Επειδή τα μικρά ζώα παράγουν μεγάλες δυνάμεις σε σχέση με το βάρος τους, το τρέξιμο για ένα μικρό ζώο είναι λίγο σαν να προσπαθείς να επιταχύνεις με χαμηλή ταχύτητα όταν κάνεις ποδήλατο στην κατηφόρα.

Το δεύτερο όριο, που ονομάζεται «όριο ικανότητας εργασίας», υποδηλώνει ότι οι μύες των μεγαλύτερων ζώων συγκρατούνται από το πόσο μπορούν να συστέλλονται οι μύες τους. Επειδή τα μεγάλα ζώα είναι βαρύτερα, οι μύες τους παράγουν λιγότερη δύναμη σε σχέση με το βάρος τους και το τρέξιμο μοιάζει περισσότερο με την προσπάθεια επιτάχυνσης όταν ανεβαίνουμε με ποδήλατο σε έναν λόφο με υψηλή ταχύτητα.

Ο συγγραφέας Dr Peter Bishop από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ δήλωσε: «Για μεγάλα ζώα όπως οι ρινόκεροι ή οι ελέφαντες, το τρέξιμο μπορεί να μοιάζει σαν να σηκώνεις ένα τεράστιο βάρος, επειδή οι μύες τους είναι σχετικά πιο αδύναμοι και η βαρύτητα απαιτεί μεγαλύτερο κόστος. Ως αποτέλεσμα και των δύο, τα ζώα πρέπει τελικά να επιβραδύνουν καθώς μεγαλώνουν».

Για να ελέγξει την ακρίβεια του μοντέλου τους, η ομάδα συνέκρινε τις προβλέψεις της με δεδομένα για την ταχύτητα και το μέγεθος των ζώων της ξηράς που συλλέχθηκαν από περισσότερα από 400 είδη , από μεγάλα θηλαστικά, πουλιά και σαύρες έως μικροσκοπικές αράχνες και έντομα.

Το μοντέλο προέβλεψε με ακρίβεια πώς οι μέγιστες ταχύτητες τρεξίματος ποικίλλουν ανάλογα με το μέγεθος του σώματος για ζώα που διαφέρουν κατά περισσότερες από 10 τάξεις μεγέθους στη μάζα σώματος – από μικροσκοπικά ακάρεα 0,1 χιλιοστόγραμμα έως ελέφαντες έξι τόνων.

Τα ευρήματά τους ρίχνουν φως στις φυσικές αρχές πίσω από τον τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκαν οι μύες και θα μπορούσαν να ενημερώσουν τα μελλοντικά σχέδια για ρομπότ που ταιριάζουν με τον αθλητισμό των καλύτερων δρομέων ζώων.

Εκτός από την εξήγηση του πόσο γρήγορα μπορούν να τρέξουν τα ζώα, το νέο μοντέλο μπορεί επίσης να παρέχει κρίσιμες ενδείξεις για την κατανόηση των διαφορών μεταξύ ομάδων ζώων. Τα μεγάλα ερπετά, όπως οι σαύρες και οι κροκόδειλοι, είναι γενικά μικρότερα και πιο αργά από τα μεγάλα θηλαστικά.

Ο συγγραφέας Dr Taylor Dick, από το Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ, είπε: «Μια πιθανή εξήγηση για αυτό μπορεί να είναι ότι οι μυς των άκρων είναι μικρότερο ποσοστό των σωμάτων των ερπετών, κατά βάρος, που σημαίνει ότι αγγίζουν το όριο εργασίας με μικρότερο σωματικό βάρος, και έτσι πρέπει να παραμείνουμε μικροί για να κινηθούν γρήγορα».

Το μοντέλο, σε συνδυασμό με δεδομένα από σύγχρονα είδη, προέβλεψε επίσης ότι τα ζώα της ξηράς που ζυγίζουν περισσότερο από 40 τόνους δεν θα μπορούσαν να κινηθούν. Το βαρύτερο χερσαίο θηλαστικό που υπάρχει σήμερα είναι ο αφρικανικός ελέφαντας με βάρος περίπου 6,6 τόνους – ωστόσο ορισμένοι χερσαίοι δεινόσαυροι, όπως ο Patagotitan, πιθανότατα ζύγιζαν πολύ περισσότερους από 40 τόνους.

Οι ερευνητές λένε ότι αυτό δείχνει ότι πρέπει να είμαστε προσεκτικοί στην εκτίμηση της μυϊκής ανατομίας των εξαφανισμένων ζώων από δεδομένα για μη εξαφανισμένα ζώα. Αντίθετα, προτείνουν ότι τα δεδομένα δείχνουν ότι οι εξαφανισμένοι γίγαντες μπορεί να έχουν αναπτύξει μοναδικές μυϊκές ανατομίες, κάτι που απαιτεί περισσότερη μελέτη.

Η μελέτη εγείρει ερωτήματα σχετικά με το πώς οι τεράστιοι δεινόσαυροι κατάφεραν να κινηθούν, καθώς και ερωτήματα που απαιτούν πιο στοχευμένη συλλογή δεδομένων για συγκεκριμένες ομάδες ζώων, όπως σε ερπετά ή αράχνες.

Ενώ η μελέτη εξέτασε μόνο ζώα της ξηράς, οι ερευνητές θα εφαρμόσουν στη συνέχεια τις μεθόδους τους σε ζώα που πετούν και κολυμπούν.

Ο Δρ Labonte είπε: «Η μελέτη μας εγείρει πολλά ενδιαφέροντα ερωτήματα σχετικά με τη μυϊκή φυσιολογία τόσο των εξαφανισμένων ζώων όσο και αυτών που ζουν σήμερα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων αθλητών. Οι φυσικοί περιορισμοί επηρεάζουν τα ζώα που κολυμπούν και τα ιπτάμενα ζώα όσο τρέχουν – και το ξεκλείδωμα αυτών των ορίων είναι επόμενο στην ατζέντα μας».

photo: pixabay