Чем больше животное тем быстрее

Биологи объяснили, почему животные среднего размера — самые быстрые

Рекорды скорости в небе, на суше и на море ставят животные средних размеров — и только теперь ученые объяснили, почему они всегда обгоняют более крупных соперников.

От блохи и до кита, многие животные активно движутся, и скорость бега, полета или плавания определяет их способности поймать добычу или избежать пасти хищника. На первый взгляд, можно было бы решить, что чем крупнее животное, тем оно быстрее, ведь каждая конечность у них больше, и на ту же массу тела приходится больше быстрых мышечных волокон, разгоняющих тело в движении. Но все мы знаем, что это не так: чемпионы скорости — гепарды, соколы, марлины — животные удивительно средних размеров.

Мириам Хирт (Myriam Hirt) и ее коллеги-ученые из Германии решили, что это, видимо, связано с какой-то базовой особенностью физики и биологии тела животного. Проверив данные по 474 бегающим, плавающим, летающим видам животных массой от 30 мкг до 100 т, они подтвердили, что самые скоростные из них относятся к группе средних по весу. В статье, опубликованной журналом Nature Ecology and Evolution, ученые объясняют это исчерпанием запасов энергии в клетках быстрых мышечных волокон.

Начиная разгон, они начинают быстро расходовать запасы легкодоступной энергии в виде АТФ и глюкозы, и лишь затем переходят на другие, труднее используемые источники. Крупным животным с их внушительной массой требуется больше времени на разгон: они исчерпывают запасы «быстрой» энергии раньше, чем достигнут максимальной скорости. По словам ученых, такая модель предсказывает медленное падение скорости движения с увеличением размеров и прекрасно согласуется с данными наблюдений.

Этот принцип удивительно универсален: он распространяется и на жителей Крайнего Севера, и тропических саванн, на летающих и плавающих и, что самое интересное, на вымерших животных. Вопрос о скорости движения крупных динозавров часто остается невыясненным, а модель, предложенная Хирт и ее соавторами, дает новый подход к его решению. Например, он показал, что скорость бега тираннозавра была ниже, чем у его более мелкого хищного «коллеги» велоцираптора: при весе в 6 тонн он мог набирать около 27 км/ч, так что и человек (70 кг и 41 км/ч) наверняка бы от него убежал.

Источник

Почему самые большие животные не самые быстрые?

Они очень сильны, сомнения нет. Но крупнейшие сухопутные животные — жирафы, слоны, бегемоты — не самые быстрые бегуны на Земле. То же касается и обитателей морских глубин: самые большие морские животные, например, киты — не самые быстрые пловцы. Их тела слишком крупны, чтобы двигаться очень быстро.

Но маленький размер — не обязательно преимущество. У мелких животных мускулы слишком малы, чтобы развивать высокую скорость. Итак, где она, золотая середина, от которой зависит быстрота животного? Группа ученых недавно выяснила это и опубликовала результаты своего исследования в журнале Nature Ecology & Evolution.

«Ученые всегда удивлялись тому факту, что самые большие животные — не самые быстрые. В природе самые быстрые животные, например, гепарды или марлиновые, — среднего размера», — пишут авторы.

Исследователи Немецкого центра исследования интегративного биоразнообразия в Лейпциге разработали алгоритм, который находит идеальный размер животного для развития максимальной скорости.Алгоритм работает и для суши, и для воды, и для воздуха.Оказалось, что наивысшая скорость животного зависит от разгона.

«Животные ограничены во времени для максимального ускорения из-за ограничения быстродоступной энергии. Следовательно, время разгона становится критическим фактором, который определяет максимальную скорость животного», — пишут исследователи.

Гепарды — самые проворные на суши, они бегают со скоростью выше 96,5 км/ч. Соколы и ястребы — самые быстрые в воздухе, а марлиновые — самые стремительные пловцы, их скорость — 129 км/ч.

Хотя люди попадают в эту золотую середину, мы инвестируем свои силы в интеллектуальное превосходство над другими видами, а не в погоню за ними, говорят ученые.

Источник

Разрешена загадка биологии: почему, чем больше животное, тем медленнее у него обмен веществ

Ученые Университета Монаша, Австралия построили математическую модель, которая объясняет одно из самых загадочных явлений биологии — аллометрический парадокс: чем больше размеры животного, тем медленнее его метаболизм. Это выглядит крайне странно, поскольку обмен веществ в клетках у небольших животных и самых крупных — очень похож. Ученые показали, что скорость метаболизма, масса и количество потомков — взаимосвязанные параметры, и эволюция настраивает их одновременно.

Увеличение размера животного во время развития или эволюции обычно сопровождается снижением потребления энергии: если сравнить грамм веса на грамм пищи, то крупные животные сжигают меньше энергии и требуют меньше пищи, чем мелкие. Например, мелким млекопитающим, таким как землеройки, может потребоваться съедать за сутки в три раза больше пищи, чем они весят сами, а усатые киты съедают всего 5–30% своего веса.

Ученые в 1930-ые годы предложили эмпирический закон, который связывает массу тела и скорость метаболизма животного. Он получил название закон Клайбера. Если Q — скорость метаболизма, M — масса тела, то Q = 70 M 0.75 То есть по мере роста массы, скорость метаболизма растет все медленнее. Это эмпирическое правило подтверждается наблюдениями за конкретными видами.

Дело не только в физике

Ученые из университета Монаша, постарались объяснить откуда возникает закон Клайбера. Ученые не стали сводить все только к массе или только к энергии. Напротив, они взяли три параметра данного вида — масса, скорость метаболизма (фактически энергетический обмен со средой) и количество потомков — и рассмотрели взаимозависимость всех трех параметров.

Примерно, так происходит при естественном отборе, когда неожиданные отклонения по массе или по скорости метаболизма или по количеству потомков в одних случаях становятся эволюционным преимуществом, а в других приводят к гибели. Модель показала, что действительно нельзя свести все к одному физическому параметру (массе или энергии), а вот биологическая настройка, которую и осуществляет естественный отбор — работает хорошо. И именно отбор настраивает закон Клайбера.

Ведущий автор работы профессор Крейг Уайт говорит: «Мы считаем, что физические ограничения не так сильно влияют на биологию, которую мы наблюдаем, и эволюция имеет более широкий спектр вариантов, чем считалось ранее». Эволюция не может нарушать физические законы, но может их использовать на удивление изобретательно.

Источник

Биологи выяснили, что скорость воcприятия мира у животных зависит от их размера

Ученые выяснили, почему собаки не реагируют на телевизор и как мухам удается уворачиваться от газеты. Все дело — в частоте восприятия мира.

Исследование, проведенное в главном университете Ирландии — дублинском Тринити Колледже, привело ученых к выводу, что разные животные воспринимают время по-разному, и скорость этого восприятия в первую очередь зависит от размера животного. Это революционное заявление они сделали в статье, опубликованной в последнем номере журнала Animal Behavior.

Собственно, скорость восприятия времени различными живыми организмами изучается уже давно, просто до сих пор никто связывал ее с их размером. Теперь, когда эта связь установлена, она, как и все гениальное, кажется простой и очевидной. Действительно, у мелкого животного метаболизм быстрее, чем у крупного, и оно с большей частотой может воспринимать мир.

Существует такой параметр — критическая частота слияния мельканий (КЧСМ). Когда мы видим мерцание света с частотой ниже КЧСМ, мы видим их как вспышки. Но когда частота выше критической, вспышки сливаются, и мы видим ровный свет. Именно эта частота определяет для нас скорость восприятия времени.

Чем меньше животное, тем для него медленнее движения окружающего мира.

Чтобы подтвердить связь между размером и восприятием времени, ирландские исследователи вместе со своими шотландскими коллегами из университетов Эдинбурга и Сент-Эндрюса изучили КЧСМ у более чем тридцати видов. Выяснилось, что у собак КЧСМ в два раза выше, чем у людей, поэтому они не интересуются телевизором: вместо движущихся картин они на его экране видят беспорядочное мелькание.

У мух критическая частота в 6,8 раза выше человеческой, мир для них движется в четыре раза медленнее, чем для нас, поэтому они с легкостью избегают удара газетой.

«Это накладывает и дополнительные требования к мозгу, — говорит один из участников исследования профессор Грэм Ракстон из Университета Сент-Эндрюса. — Если глаз насекомого воспринимает больше сигналов в секунду, чем человеческий глаз, то и мозг должен успевать обрабатывать все эти сигналы. Муха, конечно, не великий мыслитель, но она очень быстро может принимать правильные решения».

Гормон хорошего аппетита стимулирует активность именно тех нейронов, которые ответственны за развитие.

У крупных животных КЧСМ ниже, чем у людей. Так, у кожистой морской черепахи, чудища, вес которого доходит чуть ли не до тонны, она ниже в 2,7 раза — мир для нее слишком быстр. Черноносая серая акула имеет типичные акульи размеры и тоже видит мир более быстрым, ее КЧСМ в 2,2 раза ниже человеческой.

Но поскольку эта критическая частота определяется не только размером, но и многими другими факторами, зависимость от размера — не прямая. Кошки, например, как правило, по размеру меньше собак, но восприятие времени у них почти человеческое, их КЧСМ всего в 1,4 раза превышает человеческую.

Есть в животном мире и исключения. Так, тигровый жук (или жук-скакун), известный своей способностью быстро бегать,

имеет очень маленькую частоту восприятия, поэтому во время бега он слепнет и вынужден постоянно останавливаться, чтобы понять, куда это он попал.

Зубчатая передача, которую считают изобретением человека, давно освоена в животном мире. Микроскопические.

Другое странное существо — рыба-меч. В обычном состоянии ее глаз воспринимает в пять раз меньше зрительной информации, чем глаз человека, однако в момент охоты все меняется — она словно «разогревает» свои глаза, и ее КЧСМ становится почти человеческим.

Люди тоже не могут похвастаться одинаковым восприятием времени, мы тоже видим мир немножко по-разному. Во-первых, здесь работает правило размера: маленький ребенок получает больше зрительной информации, чем взрослый человек, мир для него медленнее. Во-вторых, КЧСМ меняется у нас с возрастом, у пожилых она ниже, чем у молодых взрослых людей.

И, наконец, люди тоже могут, подобно рыбе-мечу, хотя и не в таких масштабах, «разогревать» свои глаза, когда того требует быстро меняющаяся обстановка: например, утверждают ученые, это происходит с футбольными или хоккейными вратарями и с гонщиками «Формулы-1». Так что фантастическое описание драки Максима Камерера в «Обитаемом острове» братьев Стругацких, когда он пользуется специальной техникой «ускорения», или сцена из «Матрицы», где Киану Ривз уворачивается от пуль, — вовсе не такая уж и фантастика.

«Наша способность обрабатывать зрительную информацию, — утверждает другой участник исследования, профессор Эндрю Джексон из Тринити Колледжа, — ограничивается быстро меняющимися условиями, возникающими при вождении машины или самолета. Если нам понадобится ориентироваться в более быстром мире, то придется прибегнуть к помощи компьютера или расширять возможности нашего зрения с помощью специальных лекарств или имплантатов».

Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Источник