Över djurriket är de snabbaste djuren alltid av medelstor storlek. Gepardar springer ut över lejon, delfiner övergår orcas och peregrina falkar flyger snabbare än kala örnar.
Större kroppar betyder större och kraftfullare muskler, så det fanns inget tydligt skäl för denna regel - trots allt varför skulle större djur inte använda sin kraftfördel för hastighet?
Nu har forskare upptäckt en matematisk anledning: Enligt ny forskning begränsas de största djuren av hur mycket energi de kan mobilisera för att accelerera.
"När stora djur når upp till högre hastigheter när de sprintar, löper också deras snabbt tillgängliga energireserver snart ut", säger studieledaren Myriam Hirt, zoolog vid det tyska centret för integrativ biologisk mångfaldsforskning, i Leipzig.
Farthinder
Hirt blev intresserad av att förstå förhållandet mellan storlek och hastighet medan hon arbetade på ett projekt som krävde att hon uppskattade djurs maximala hastigheter. Traditionella metoder för att uppskatta hastighet baserat på kroppsstorlek resulterade i absurde antal för de största djuren. För elefanter, till exempel, beräkningen kom till en maxhastighet av 373 mph (600 km / h), berättade hon Live Science. Elefanter springer faktiskt med en maximal hastighet av 21 km / h (34 km / h).
Hirt var långt ifrån den första som märkte att de största landdjuren inte är så snabba. Men när hon gjorde mer grävning, insåg hon att mönstret för flygande djur och simmare också.
"Detta fick mig att inse att den underliggande mekanismen måste vara en mycket allmän princip," sade hon.
Hirt byggde en matematisk modell för att förklara denna mekanism. Djur når sin maximala körhastighet över korta sprintar, inte på långa avstånd, sade hon. Kortsprint drivs anaerobt, vilket innebär att bränslet som driver musklerna kommer från kortvarig lagring och är begränsat. (Aerob metabolism, som återförsörjer musklerna med bränsle tillverkat med syre, driver längre ansträngningar.)
Mass måste övervinna tröghet för att ett djur ska röra sig, sade Hirt, så en elefant kan inte spruta i en sprint så snabbt som en mus kan. När elefanten går igång har den redan använt en bra mängd av sina anaeroba energilagrar. Som ett resultat når de största djuren aldrig de teoretiska körhastigheter som deras muskelstorlek kan antyda är möjlig, rapporterade Hirt idag (17 juli) i tidskriften Nature Ecology & Evolution.
Förhållandet mellan kroppsmassa och hastighet är bultformad: Hastigheten ökar med kroppsstorlek upp till en punkt och minskar sedan när kroppsstorleken överstiger energitillgängligheten.
Storlek och hastighet
Hirt testade sin modell mot en databas med 474 arter över djurriket. Hon fann att det förutspådde maximala hastigheter med nästan 90 procent noggrannhet mellan löpare, simmare och flygblad. De 10 procent som finns kvar för att förklara kan tillskrivas olika problem, såsom mätfel, artsspecifika kroppsanpassningar och ett djur värmekälla - oavsett om ett djur är endotermiskt (varmblodigt) eller ektotermiskt (kallblodigt), Sa Hirt.
Endotermiska djur på land är något snabbare än ektotermiska djur, helt enkelt för att endotermiska djur kan vara aktiva oavsett utetemperatur. Det konstigt är att mönstret vänds i vattnet: Kalltblodiga varelser är faktiskt snabbare än varmblodiga. Detta beror antagligen på att havets varmblodiga varelser, som pingviner och valar, antingen tillbringar lite tid på land eller har en landsbaserad förfader, sade Hirt. Dessa djur har förmodligen utvecklat några avvägningar som gör dem något långsammare i vattnet, sade hon.
Även om människor i genomsnitt är lite långsammare än Hirts formel förutspår, passar Usain Bolt - rekordhållaren för 100- och 200-meter sprint - data väl, säger Hirt. Det beror förmodligen på att människor inte har de typer av anpassningar som hjälper till att göra geparder så snabba, som ultraflexibla ryggar och leder.
Den nya hastighetsformeln kan komma till nytta för framtida forskning som involverar djurrörelser och migration, såväl som rovdjur-bytesinteraktioner, sade Hirt. Det kan också användas för att bättre fastställa hur snabbt utrotade djur kan röra sig. Enligt Hirt beräkningar, Velociraptor förmodligen rusade med en maxhastighet av 54 mph (54,5 km / h), T Rex kunde sparka den i redskap på upp till 17 km / h (27 km / h) och Brachiosaurus lumrade längs med 11,9 km / h snabbast.
Originalartikel om Live Science.
