В животном мире самые быстрые животные всегда среднего размера. Гепарды опережают львов, дельфинов обгоняют косаток и сапсанов летают быстрее, чем белоголовые орланы.
Большие тела означают большие, более мощные мышцы, поэтому у этого правила не было четкой причины - в конце концов, почему крупные животные не должны использовать свое преимущество в скорости для скорости?
Теперь ученые обнаружили математическую причину: согласно новым исследованиям, самые большие животные ограничены тем, сколько энергии они могут мобилизовать для ускорения.
«К тому времени, когда крупные животные набирают более высокие скорости во время бега, их быстро доступные запасы энергии также быстро истощаются», - говорит руководитель исследования Мириам Хирт, зоолог из Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия в Лейпциге.
Скоростная ловушка
Хирт заинтересовался пониманием взаимосвязи между размером и скоростью, работая над проектом, который требовал, чтобы она оценила максимальные скорости животных. Традиционные методы оценки скорости, основанные на размерах тела, привели к абсурдным цифрам для самых крупных животных. Например, для слонов расчет показывал максимальную скорость 373 миль в час (600 км / ч), рассказала она Live Science. Слоны фактически бегут с максимальной скоростью 21 миль в час (34 км / ч).
Хирт был далеко не первым, кто заметил, что самые крупные наземные животные не очень быстрые. Но по мере того, как она больше копала, она поняла, что эта схема подходит и для летающих животных и пловцов.
«Это заставило меня понять, что основной механизм должен быть очень общим принципом», - сказала она.
Хирт построил математическую модель, чтобы объяснить этот механизм. По ее словам, животные достигают максимальной скорости бега за короткие спринты, а не на длинные дистанции. Короткие спринты питаются анаэробно, то есть топливо, которое питает мышцы, поступает из кратковременного хранения и ограничено. (Аэробный метаболизм, который снабжает мышцы топливом, полученным с помощью кислорода, приводит к более длительным нагрузкам.)
По словам Хирта, масса должна преодолеть инерцию, чтобы животное могло двигаться, поэтому слон не может ворваться в спринт так быстро, как мышь. К тому времени, когда слон начинает работать, он уже использует большое количество своих запасов анаэробной энергии. В результате, самые крупные животные никогда не достигают теоретической скорости бега, которая могла бы предполагать размер их мышц, возможно, сообщил Хирт сегодня (17 июля) в журнале Nature Ecology & Evolution.
Соотношение между массой тела и скоростью имеет форму горба: скорость увеличивается с ростом размера тела до определенной точки, а затем снижается, когда размер тела превышает доступность энергии.
Размер и скорость
Хирт проверила свою модель по базе данных 474 видов по всему животному царству. Она обнаружила, что она предсказывает максимальные скорости с точностью до 90 процентов среди бегунов, пловцов и летчиков. Десять процентов, оставшихся для объяснения, могут быть отнесены к ряду вопросов, таких как ошибка измерения, видо-специфические адаптации тела и источник тепла животного - независимо от того, является ли животное эндотермическим (теплокровным) или экзотермическим (холоднокровным), Хирт сказал.
Эндотермические животные на земле немного быстрее, чем экзотермические животные, просто потому, что эндотермические животные могут быть активными независимо от температуры наружного воздуха. Как ни странно, этот паттерн перевернут в воде: хладнокровные существа на самом деле быстрее теплокровных. Возможно, это связано с тем, что теплокровные существа океана, такие как пингвины и киты, либо проводят некоторое время на суше, либо имеют наземного предка, сказал Хирт. Эти животные, вероятно, выработали некоторые компромиссы, которые делают их немного медленнее в воде, сказала она.
По словам Хирта, хотя люди в среднем немного медленнее, чем предсказывает формула Хирта, Усэйн Болт - рекордсмен в беге на 100 и 200 метров - хорошо вписывается в данные. Вероятно, это связано с тем, что у людей нет адаптаций, которые помогают делать гепардов такими быстрыми, как ультрагибкие позвоночники и суставы.
По словам Хирта, новая формула скорости может пригодиться для будущих исследований, касающихся перемещения и миграции животных, а также взаимодействия хищников и жертв. Это также может быть использовано, чтобы лучше определить, как быстро вымершие животные могут двигаться. Согласно расчетам Хирта, Velociraptor вероятно, мчался с максимальной скоростью 34 миль в час (54,5 км / ч), Т. рекс может разогнать его до скорости до 17 миль в час (27 км / ч) и Брахиозавр разогнался со скоростью 7 миль в час (11,9 км / ч) в самом быстром темпе.
Оригинальная статья о Live Science.
