Il y a une divergence dans le règne animal. Alors que de nombreuses caractéristiques clés telles que la pressure, la longueur des membres, la durée de vie et la taille du cerveau ont tendance à augmenter avec la taille des animaux, les vitesses de course maximales ont tendance à être moreover élevées chez les animaux de taille moyenne.
Pour comprendre pourquoi, une équipe internationale de chercheurs comprenant l'Imperial, l'Université Harvard, l'Université du Queensland et l'Université de Sunshine Coast, a développé un modèle physique de la façon dont les muscle mass, le moteur animal universel, fixent des limites aux vitesses de system maximales des animaux terrestres.
L'auteur principal, le Dr David Labonte, du département de bioingénierie de l'Imperial School de Londres, a déclaré : « Les animaux les additionally rapides ne sont ni de grands éléphants ni de minuscules fourmis, mais des tailles intermédiaires, comme les guépards. Pourquoi la vitesse de study course rompt-elle avec les schémas réguliers qui régissent la plupart des autres facets de la vie ? anatomie et performances animales ? »
Leurs résultats suggèrent qu’il n’y a pas une limite à la vitesse de system maximale, comme on le pensait auparavant, mais deux : la vitesse et la length de contraction des muscle tissue. La vitesse maximale qu'un animal peut atteindre est déterminée par la limite atteinte en leading – et cette limite est dictée par la taille de l'animal.
Le professeur Christofer Clemente, co-auteur de l'Université de Sunshine Coast et de l'Université du Queensland, a déclaré : « La clé de notre modèle est de comprendre que la vitesse de system maximale est limitée à la fois par la vitesse à laquelle les muscular tissues se contractent et par leur capacité à se contracter. raccourcir lors d’une contraction.
« Les animaux de la taille d'un guépard existent dans un environnement physique idéal, à approximativement 50 kg, où ces deux limites coïncident. Ces animaux sont par conséquent les moreover rapides, atteignant des vitesses allant jusqu'à 65 miles par heure. »
Les résultats sont publiés dans Mother nature Communications.
Tester les limites
La première limite, appelée « limite de capacité d'énergie cinétique », suggère que les muscular tissues des petits animaux sont restreints par la rapidité avec laquelle ils peuvent se contracter. Étant donné que les petits animaux génèrent des forces importantes par rapport à leur poids, courir pour un petit animal revient un peu à essayer d'accélérer à basse vitesse lors d'une descente à vélo.
La deuxième limite, appelée « limite de capacité de travail », suggère que les muscle mass des animaux furthermore gros sont restreints par la mesure dans laquelle leurs muscle tissues peuvent se contracter. Parce que les gros animaux sont in addition lourds, leurs muscle mass produisent moins de power par rapport à leur poids, et courir s'apparente davantage à essayer d'accélérer en gravissant une colline à vitesse élevée.
Le co-auteur, le Dr Peter Bishop de l'Université Harvard, a déclaré : « Pour les grands animaux comme les rhinocéros ou les éléphants, courir peut donner l'effect de soulever un poids énorme, car leurs muscle tissues sont relativement plus faibles et la gravité exige un coût as well as élevé. Je dois ralentir à mesure qu'ils grandissent.
Pour tester l'exactitude de leur modèle, l'équipe a comparé ses prédictions aux données sur la vitesse et la taille des animaux terrestres collectées auprès de furthermore de 400 espèces, depuis les grands mammifères, les oiseaux et les lézards jusqu'aux minuscules araignées et insectes.
Le modèle a prédit avec précision comment les vitesses de program maximales varient en fonction de la taille du corps pour des animaux dont la masse corporelle diffère de moreover de 10 ordres de grandeur – depuis de minuscules acariens de, 1 milligramme jusqu'à des éléphants de 6 tonnes.
Leurs découvertes mettent en lumière les principes physiques derrière l’évolution des muscular tissues et pourraient éclairer la conception upcoming de robots correspondant à l’athlétisme des meilleurs coureurs d’animaux.
En additionally d’expliquer la vitesse à laquelle les animaux peuvent courir, le nouveau modèle pourrait également fournir des indices essentiels pour comprendre les différences entre les groupes d’animaux. Les grands reptiles, comme les lézards et les crocodiles, sont généralement in addition petits et moreover lents que les grands mammifères.
Le co-auteur, le Dr Taylor Dick, de l'Université du Queensland, a déclaré : « Une explication possible à cela pourrait être que les muscle groups des membres représentent un pourcentage plus faible du corps des reptiles, en termes de poids, ce qui signifie qu'ils atteignent la limite de travail avec un poids corporel inférieur. et doivent donc rester petits pour avancer rapidement. »
Le modèle, combiné aux données sur les espèces modernes, prédit également que les animaux terrestres pesant plus de 40 tonnes seraient incapables de bouger. Le mammifère terrestre le moreover lourd vivant aujourd'hui est l'éléphant d'Afrique, avec approximativement 6,6 tonnes. Pourtant, certains dinosaures terrestres, comme le Patagotitan, pesaient probablement bien as well as de 40 tonnes.
Les chercheurs affirment que cela indique que nous devons être prudents lors de l’estimation de l’anatomie musculaire d’animaux éteints à partir de données sur des animaux non éteints. Au lieu de cela, ils suggèrent que les données indiquent que les géants éteints pourraient avoir développé des anatomies musculaires uniques, ce qui justifie une étude in addition approfondie.
L'étude soulève des concerns sur la façon dont les dinosaures massifs ont réussi à se déplacer, ainsi que des inquiries qui nécessitent une collecte de données as well as ciblée sur des groupes d'animaux spécifiques, comme les reptiles ou les araignées.
Alors que l’étude n’a porté que sur les animaux terrestres, les chercheurs appliqueront ensuite leurs méthodes aux animaux qui volent et nagent.
Le Dr Labonte a déclaré : « Notre étude soulève de nombreuses thoughts intéressantes sur la physiologie musculaire des animaux disparus et de ceux qui sont vivants aujourd'hui, y compris les athlètes humains. prochain à notre ordre du jour. »
Cette recherche a été financée par le Conseil australien de la recherche, le Human Frontier Science Plan et le Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne.
- Les guépards atteignent des vitesses maximales impressionnantes en raison de leur taille idéale.
- La vitesse de course est limitée par la contraction des muscles et la taille de l'animal.
- Cette étude pourrait aider à concevoir des robots plus performants et à comprendre les différences entre les groupes d'animaux.
