研究揭示獵豹等中型動物為何跑得快
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一項國際研究近期發現,陸生動物所能達到的最大奔跑速度受肌肉收縮速度和幅度這兩(liang) 個(ge) 因素限製。而獵豹等中型陸生動物身上,這兩(liang) 個(ge) 極限剛好能達到平衡。這一理論解釋了為(wei) 什麽(me) 獵豹等中型動物,而不是大象或螞蟻跑得更快。該成果可能有助於(yu) 未來設計類似奔跑能力的機器人。
英國帝國理工學院等機構組成的國際研究團隊建立了一個(ge) 物理模型,研究肌肉如何限製陸生動物的最高奔跑速度。根據這一模型,第一個(ge) 極限與(yu) 肌肉收縮速度相關(guan) ,被稱為(wei) “動能容量極限”。與(yu) 體(ti) 重較大的動物相比,小動物奔跑時肌肉產(chan) 生了相對其體(ti) 重而言很大的力量,因而收縮速度受限。第二個(ge) 極限與(yu) 肌肉收縮幅度相關(guan) ,被稱為(wei) “做功能力極限”。由於(yu) 大型動物較重,它們(men) 的肌肉相對於(yu) 體(ti) 重產(chan) 生的力量較小,因此肌肉收縮幅度受限。
研究人員舉(ju) 例稱,對於(yu) 犀牛或大象等大型動物來說,奔跑就像舉(ju) 起一個(ge) 巨大的重物,因為(wei) 它們(men) 的肌肉相對較弱,而重力又使它們(men) 付出更大的代價(jia) ,因此這類動物最終不得不隨著體(ti) 重的增大而放慢奔跑速度。而獵豹等相似大小的動物通常體(ti) 重在50千克左右,這是身材上的一個(ge) “甜蜜點”,這一範圍內(nei) 上述兩(liang) 個(ge) 極限大致能同時達到,因此這類動物的奔跑速度最快,時速可達上百公裏。
除了解釋動物如何跑得快,新模型可能還為(wei) 理解動物群體(ti) 之間的差異提供重要線索。比如蜥蜴和鱷魚等大型爬行動物通常比大型哺乳動物小、速度慢,一種解釋是,按重量計算,四肢肌肉在爬行動物體(ti) 內(nei) 所占的比例較小,這意味著它們(men) 在體(ti) 重較小的時候就達到了做功極限,因此必須保持較小身材才能快速移動。
該研究已在英國《自然·通訊》雜誌發表。由於(yu) 當前研究數據僅(jin) 涉及約400種不同大小的陸生動物,下一步研究人員還將分析在水中遊動和在空中飛翔的動物大小與(yu) 速度的關(guan) 係。(據新華社)
《光明日報》(2024年03月21日 14版)
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