في جميع أنحاء مملكة الحيوانات ، تكون أسرع الحيوانات دائمًا متوسطة الحجم. تتفوق الفهود على الأسود ، وتتفوق الدلافين على الأوركاس ، والصقور الشاهقة تطير أسرع من النسور الصلعاء.
الأجسام الأكبر تعني عضلات أكبر وأكثر قوة ، لذلك لم يكن هناك سبب واضح لهذه القاعدة - بعد كل شيء ، لماذا لا يجب على الحيوانات الكبيرة استخدام ميزة قوتها للسرعة؟
اكتشف العلماء الآن سببًا رياضيًا: وفقًا لأبحاث جديدة ، فإن أكبر الحيوانات محدودة بكمية الطاقة التي يمكنها تعبئتها لتسريعها.
وقالت مديرة الدراسة ميريام هيرت ، عالمة الحيوان في المركز الألماني لأبحاث التنوع البيولوجي التكامل في لايبزيغ: "في الوقت الذي تصل فيه الحيوانات الكبيرة إلى سرعات أعلى أثناء الركض ، تنفد احتياطيات الطاقة المتاحة بسرعة أيضًا".
رادار السرعات المخالفة
أصبحت هيرت مهتمة بفهم العلاقة بين الحجم والسرعة أثناء العمل على مشروع يتطلب منها تقدير السرعات القصوى الحيوانية. أسفرت الطرق التقليدية لتقدير السرعة بناءً على حجم الجسم عن أعداد سخيفة لأكبر الحيوانات. بالنسبة للفيلة ، على سبيل المثال ، خرج الحساب بسرعة قصوى تبلغ 373 ميل في الساعة (600 كم / ساعة) ، قالت لـ Live Science. تعمل الفيلة في الواقع بسرعة قصوى تبلغ 21 ميلاً في الساعة (34 كم / ساعة).
كان هيرت بعيدًا عن أول من لاحظ أن أكبر الحيوانات البرية ليست سريعة جدًا. ولكن مع قيامها بالمزيد من الحفر ، أدركت أن النمط ينطبق على الحيوانات الطائرة والسباحين أيضًا.
وقالت: "هذا جعلني أدرك أن الآلية الأساسية يجب أن تكون مبدأً عامًا للغاية".
بنى هيرت نموذجًا رياضيًا لشرح هذه الآلية. وقالت إن الحيوانات تصل إلى سرعات الجري القصوى على المسافات القصيرة ، وليس المسافات الطويلة. يتم تشغيل الركض القصير اللاهوائي ، مما يعني أن الوقود الذي يشغل العضلات يأتي من التخزين قصير المدى ومحدود. (الأيض الهوائي ، الذي يعيد إمداد العضلات بالوقود المصنوع بمساعدة الأكسجين ، يعمل على بذل جهود أطول.)
قال هيرت: يجب أن تتغلب الكتلة على الجمود حتى يتحرك الحيوان ، لذلك لا يمكن للفيل أن ينفجر في سباق سريع مثل الماوس. في الوقت الذي يبدأ فيه الفيل في العمل ، يكون قد استخدم بالفعل كمية جيدة من مخازن الطاقة اللاهوائية. ونتيجة لذلك ، فإن أكبر الحيوانات لا تصل أبدًا إلى سرعات الجري النظرية التي قد يقترحها حجم عضلاتها ، حسبما ذكر هيرت اليوم (17 يوليو) في مجلة Nature Ecology & Evolution.
العلاقة بين كتلة الجسم والسرعة على شكل سنام: تزداد السرعة مع حجم الجسم إلى حد ما ، ثم تنخفض عندما يتجاوز حجم الجسم توافر الطاقة.
الحجم والسرعة
اختبرت هيرت نموذجها مقابل قاعدة بيانات تضم 474 نوعًا عبر مملكة الحيوان. ووجدت أنها توقعت سرعات قصوى بدقة تقارب 90 بالمائة عبر العدائين والسباحين والنشرات. يمكن أن يُعزى الـ 10 بالمائة المتبقية للشرح إلى مجموعة متنوعة من القضايا ، مثل خطأ القياس ، وتكييف الجسم الخاص بالأنواع ومصدر حرارة الحيوان - سواء كان الحيوان ماصًا للحرارة (بدم دافئ) أو خارج للحرارة (بدم بارد) ، قال هيرت.
تكون الحيوانات الماصة للحرارة على الأرض أسرع قليلاً من الحيوانات الخارجة للحرارة ، وذلك ببساطة لأن الحيوانات الماصة للحرارة يمكن أن تكون نشطة بغض النظر عن درجة الحرارة الخارجية. من الغريب أن هذا النمط معكوس في الماء: المخلوقات ذات الدم البارد هي في الواقع أسرع من تلك ذات الدم الحار ربما يرجع ذلك إلى أن الكائنات ذات الدم الدافئ في المحيط ، مثل طيور البطريق والحيتان ، إما تقضي بعض الوقت على الأرض أو لديها سلف أرضي ، على حد قول هيرت. وقالت إن تلك الحيوانات طورت على الأرجح بعض المقايضات التي تجعلها أبطأ قليلاً في الماء.
على الرغم من أن البشر أبطأ قليلاً ، في المتوسط ، من توقعات هيرت ، فإن يوسين بولت - حامل الرقم القياسي لسباق 100 و 200 متر - يناسب البيانات بشكل جيد ، كما قال هيرت. ربما يرجع ذلك إلى أن البشر ليس لديهم أنواع من التكيفات التي تساعد على جعل الفهود سريعة جدًا ، مثل العمود الفقري والمفاصل فائقة المرونة.
وقال هيرت إن صيغة السرعة الجديدة يمكن أن تكون مفيدة للبحث المستقبلي الذي يشمل حركة الحيوانات والهجرة ، بالإضافة إلى تفاعلات الحيوانات المفترسة والفريسة. يمكن استخدامه أيضًا لتحديد مدى سرعة تحرك الحيوانات المنقرضة. وفقًا لحسابات هيرت ، فيلوسيرابتور على الأرجح بسرعة تصل إلى 34 ميل في الساعة (54.5 كم / ساعة) ، T. rex يمكن ركله في الترس بسرعة تصل إلى 17 ميلا في الساعة (27 كم / ساعة) و براكيوصور على طول 7 ميل في الساعة (11.9 كم / ساعة) في أسرع وقت.
مقالة أصلية عن العلوم الحية.
