Почему гепард быстрый, а слон нет: физика скорости животных

Разгадка пришла из свежего исследования, где учёные взялись за увлекательную физику бега. Они разобрали по косточкам (в прямом и переносном смысле), как размер тела, возможности мышц и даже сила тяжести вместе диктуют, кто будет лидером гонки, а кто — неторопливым гигантом.

Что выяснили учёные?

Команда под руководством Дэвида Лабонте из Имперского колледжа Лондона собрала данные о скорости сотен существ — от микроскопических клещей до исполинских слонов. И обнаружила чёткую, но неожиданную закономерность.

Скорость растёт вместе с размером, но только до определённого предела. После этой невидимой черты у самых крупных животных она начинает... падать. Представьте себе горку: сначала подъём, а потом спуск. Это ломает привычный «степенной закон», по которому обычно меняются биологические характеристики. Почему так происходит?

Всё дело в противоборстве двух сил внутри организма. С одной стороны — кинетическая энергия, которую мышцы могут выдать одним рывком. С другой — их работоспособность, то есть способность совершать работу снова и снова. Учёные называют это «перетягиванием каната» внутри тела.

У мелких зверей всё упирается в первый фактор: сколько энергии мышца выплеснет за одно сокращение. Чем животное крупнее, тем длиннее его ноги и массивнее мускулатура — значит, и кинетической энергии можно произвести больше. Скорость растёт. Но этот праздник не вечен.

При массе около 50 килограммов (примерный вес гепарда) в игру вступает второй лимит — мышечная выносливость. Большим животным мышцы уже не могут выполнять столько работы, чтобы продолжать разгон. А тут ещё и гравитация подключается: чем ты массивнее, тем больше сил уходит просто на то, чтобы противостоять земному притяжению. Несправедливо, правда?

«Животные размером с гепарда находятся как раз на пике, где оба ограничения сходятся, — объясняет соавтор работы профессор Кристофер Клементе. — Поэтому они и оказываются самыми быстрыми». Получается, гепард — это идеальный компромисс эволюции между размером и скоростью.

Учёные также заметили любопытные отклонения от модели. Теоретически, мелкие животные должны наращивать скорость с размером быстрее, чем это происходит в жизни. Видимо, природа вносит свои коррективы: крупные существа могут напрягать мышцы особым образом, увеличивая рычаг. Это как если бы вы научились толкать дверь не ладонью, а всем плечом — эффективнее. И анатомия ног многих животных это подтверждает. Эволюция — гениальный инженер!