Trên khắp vương quốc động vật, những động vật nhanh nhất luôn có kích thước trung bình. Cheetahs vượt xa sư tử, cá heo vượt xa orcas và chim ưng peregrine bay nhanh hơn đại bàng hói.
Cơ thể lớn hơn có nghĩa là cơ bắp lớn hơn, mạnh mẽ hơn, vì vậy không có lý do rõ ràng cho quy tắc này - sau tất cả, tại sao động vật lớn hơn không nên sử dụng lợi thế sức mạnh của chúng cho tốc độ?
Giờ đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra một lý do toán học: Theo nghiên cứu mới, những động vật lớn nhất bị giới hạn bởi lượng năng lượng mà chúng có thể huy động để tăng tốc.
"Vào thời điểm các động vật lớn đạt được tốc độ cao hơn trong khi chạy nước rút, nguồn dự trữ năng lượng nhanh chóng của chúng cũng nhanh chóng cạn kiệt", trưởng nhóm nghiên cứu Myriam Hirt, nhà động vật học tại Trung tâm nghiên cứu đa dạng sinh học tích hợp của Đức, tại Leipzig cho biết.
Bẫy tốc độ
Hirt bắt đầu quan tâm đến việc tìm hiểu mối quan hệ giữa kích thước và tốc độ trong khi thực hiện dự án yêu cầu cô ước tính tốc độ tối đa của động vật. Các phương pháp ước tính tốc độ truyền thống dựa trên kích thước cơ thể dẫn đến những con số vô lý cho những động vật lớn nhất. Ví dụ, đối với voi, phép tính đạt tốc độ tối đa 373 dặm / giờ (600 km / giờ), cô nói với Live Science. Voi thực sự chạy với tốc độ tối đa 21 dặm / giờ (34 km / giờ).
Hirt là người đầu tiên nhận thấy rằng những động vật trên cạn lớn nhất không phải là rất nhanh. Nhưng khi cô đào nhiều hơn, cô nhận ra rằng mô hình được tổ chức cho động vật bay và người bơi cũng vậy.
"Điều này khiến tôi nhận ra rằng cơ chế cơ bản phải là một nguyên tắc rất chung chung", cô nói.
Hirt đã xây dựng một mô hình toán học để giải thích cơ chế này. Động vật đạt tốc độ chạy tối đa của chúng trong những lần chạy nước rút ngắn, không phải là khoảng cách xa, cô nói. Chạy nước rút ngắn được cung cấp năng lượng yếm khí, có nghĩa là nhiên liệu cung cấp năng lượng cho cơ bắp đến từ việc lưu trữ ngắn hạn và bị hạn chế. (Chuyển hóa hiếu khí, giúp phục hồi cơ bắp bằng nhiên liệu được tạo ra với sự trợ giúp của oxy, cung cấp năng lượng cho những nỗ lực lâu hơn.)
Khối lượng phải vượt qua quán tính để một con vật di chuyển, Hirt nói, vì vậy một con voi không thể lao vào chạy nước rút nhanh như một con chuột. Vào thời điểm con voi đi, nó đã sử dụng một lượng lớn các kho dự trữ năng lượng yếm khí. Do đó, những động vật lớn nhất không bao giờ đạt được tốc độ chạy lý thuyết mà kích thước cơ bắp của chúng có thể gợi ý là có thể, Hirt đã báo cáo hôm nay (17 tháng 7) trên tạp chí Nature Ecology & Evolution.
Mối quan hệ giữa khối lượng cơ thể và tốc độ có dạng bướu: Tốc độ tăng theo kích thước cơ thể lên đến một điểm, và sau đó giảm dần khi kích thước cơ thể vượt quá khả năng cung cấp năng lượng.
Kích thước và tốc độ
Hirt đã thử nghiệm mô hình của mình dựa trên cơ sở dữ liệu của 474 loài trên khắp vương quốc động vật. Cô phát hiện ra rằng nó dự đoán tốc độ tối đa với độ chính xác gần 90 phần trăm trên các vận động viên, người bơi và người bay. 10 phần trăm còn lại để giải thích có thể được quy cho một loạt các vấn đề, chẳng hạn như lỗi đo lường, sự thích nghi cơ thể đặc trưng của loài và nguồn nhiệt của động vật - cho dù một động vật là phản ứng nhiệt (máu nóng) hay ectthermic (máu lạnh), Hirt nói.
Động vật nội nhiệt trên đất liền nhanh hơn một chút so với động vật ngoài nhiệt, đơn giản vì động vật nội nhiệt có thể hoạt động bất kể nhiệt độ bên ngoài. Điều kỳ lạ là mô hình đó bị đảo ngược trong nước: Những sinh vật máu lạnh thực sự nhanh hơn những kẻ máu nóng. Điều này có lẽ là do các sinh vật máu nóng của đại dương, như chim cánh cụt và cá voi, hoặc dành thời gian trên đất liền hoặc có tổ tiên sống trên cạn, Hirt nói. Những con vật đó có lẽ đã tiến hóa một số sự đánh đổi khiến chúng chậm hơn một chút trong nước, cô nói.
Mặc dù con người chậm hơn một chút, nhưng trung bình, so với công thức của Hirt dự đoán, Usain Bolt - người giữ kỷ lục cho các lần chạy nước rút 100 và 200 mét - rất phù hợp với dữ liệu, Hirt nói. Điều đó có thể là do con người không có các loại thích nghi giúp tạo ra những con báo rất nhanh, như gai và khớp siêu linh hoạt.
Công thức tốc độ mới có thể có ích cho nghiên cứu trong tương lai liên quan đến di chuyển và di chuyển động vật, cũng như các tương tác của động vật ăn thịt, Hirt nói. Nó cũng có thể được sử dụng để xác định chính xác hơn động vật tuyệt chủng có thể di chuyển nhanh như thế nào. Theo tính toán của Hirt, Velociraptor có thể tăng tốc với tốc độ tối đa 34 dặm / giờ (54,5 km / giờ), T. rex có thể đá nó vào bánh với tốc độ 17 dặm / giờ (27 km / giờ) và Brachiosaurus giảm tốc độ 7 dặm / giờ (11,9 km / giờ) nhanh nhất.
Bài viết gốc về Khoa học trực tiếp.
