Размер — ключ к максимальной скорости у животных, выяснили учёные
Учёные представили простую и мощную формулу, объясняющую, почему одни животные бегают, летают и плавают быстрее других. Её можно назвать «правилом скорости»: одной силы мышц недостаточно для достижения максимальной скорости, потому что наземные млекопитающие, птицы и рыбы могут ускоряться лишь до тех пор, пока используют доступную энергию, запасённую в мышечной ткани.
Исследователи обнаружили, что оптимальна промежуточная масса тела (как у гепарда, сокола или марлина) — это «золотая середина» между мышечной силой и энергетическим запасом. Если животное слишком мало, у него недостаточно мускулатуры; если слишком велико — слишком много массы.
Зная только вес животного и среду, в которой оно движется (вода, воздух или земля), можно с точностью 90% рассчитать его максимальную скорость. Это правило работает даже для динозавров, как сообщается в журнале Nature Ecology & Evolution.
«Учёные давно ломали голову над тем, почему самые крупные животные не самые быстрые», — говорит ведущий автор Мириам Хирт, биолог из Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия в Лейпциге. Если бы всё зависело только от мышц, «слоны достигали бы максимальной скорости около 600 км/ч». Однако на деле они разгоняются лишь до ~34 км/ч.
Крупные животные исчерпывают так называемую анаэробную энергию, поставляемую мышцами, прежде чем достигают теоретически возможной максимальной скорости.
Среди птиц быстрее всех соколы и ястребы — более 140 км/ч. Почти так же быстры скалистый голубь, странствующий альбатрос и фрегат с острова Вознесения.
На суше рекордсмен — гепард, легко превышающий 100 км/ч. Не случайно одна из его излюбленных жертв — спрингбок — бегает почти так же быстро, как и другие антилопы (например, гарна), на которых исторически охотились большие кошки.
Тираннозавр не был быстроногим
Это результат эволюции, объясняет Хирт: «Виды, получающие наибольшее селективное преимущество (например, хищники и жертвы, которым негде спрятаться), будут приближаться к предсказанным максимальным скоростям».
Люди, хотя и попадают в промежуточный весовой класс, соответствующий высокой скорости, не эволюционировали миллионы лет, чтобы догонять быструю добычу (или убегать от хищников). Homo sapiens, судя по всему, сделал ставку на то, чтобы перехитрить других животных.
Жирафы могут разгоняться до 60 км/ч, а медведи (гризли, бурый и белый) — до 45 км/ч на несколько секунд, пока их тела, богатые жиром, не замедляют их.
В море рекордсмен — чёрный марлин, рассекающий воду на скорости 130 км/ч, даже быстрее своего быстрого родственника — атлантического парусника. Взрослые желтопёрый и синий тунец плавают со скоростью 70 км/ч, лишь немного опережая самую быструю акулу — мако. Косатки, которые, как и люди, обучают детёнышей охоте, несколько медленнее, но безраздельно царят на вершине морской пищевой цепи.
Исследователи проверили свою гипотезу на данных о 454 видах массой от одного грамма до 10 тонн — от моллюсков до синих китов, от комаров до лебедей.
«Хирт и её коллеги дают универсальное объяснение тому, что ограничивает максимальную скорость», — написали в комментарии учёные Кристофер Клементе и Питер Бишоп. «Самое интересное... что она в равной степени применима к животным на суше, в воздухе и в воде».
И к динозаврам тоже. Модель совпала с данными по тем немногим динозаврам, для которых учёные смогли оценить скорость бега. Исследование предполагает, что стройные велоцирапторы могли бегать со скоростью 50 км/ч, а неповоротливый T. rex едва достигал половины этой скорости. Но этого было достаточно, чтобы догнать растительноядного трицератопса или ещё более медленного брахиозавра.
Магическая формула: k=cMd-1 (где k — константа ускорения, M — масса тела).