Почему животные бегают быстрее людей

Междисциплинарная группа ученых из университетов Кёльна, Кобленца, Тюбингена и Штутгарта изучила характеристики, определяющие максимальную скорость бега у животных. Разработанная ими модель объясняет, почему люди не могут угнаться за самыми быстрыми спринтерами животного мира. Согласно этим расчетам, гигантский паук Шелоб из «Властелина Колец» мог бы развить скорость до 60 км/ч.

Модель для расчета скорости

Исследователи создали модель, которая учитывает физические и биологические факторы, определяющие максимальную скорость бега для животных любого размера. Результаты опубликованы в статье «Rules of nature's Formula Run: Muscle mechanics during late stance is the key to explaining maximum running speed» в Journal of Theoretical Biology.

Ключевые факторы модели:

  • Баланс движущей силы ног и сопротивления воздуха.
  • Инерция приводящих мышц.
  • Изменение формы тела в зависимости от размера (аллометрия).

Сравнение скоростей

Лучшие спринтеры-люди развивают скорость около 45 км/ч. В животном мире это лишь сопоставимо с максимальной скоростью домашней кошки:

Влияние размера и конструкции тела

Модель объясняет, почему максимальные скорости достигаются животными среднего размера:

  • Тяжелые животные (например, слоны) имеют более массивные кости и прямые ноги для поддержки веса, что ограничивает их скорость.
  • Преимущество четвероногих: многие млекопитающие могут развивать более высокую скорость, чем двуногие (люди, птицы), благодаря использованию мышц туловища в галопе.
  • Критический вес: при массе более ~50 кг (близко к среднему весу гепардов и вилорогов) более мощные мышцы не дают преимущества, так как им требуется больше времени на сокращение. Это приводит к снижению максимальной скорости.

«Если животные становятся слишком тяжелыми, даже более мощные мышцы не помогут, потому что более крупным мышцам требуется больше времени для сокращения на максимальной скорости», — пояснил доктор Том Вайман из Института зоологии Кёльнского университета.

Применение к фантастике и людям

Модель применима даже к фантастическим существам. Например, гигантский паук Шелоб мог бы развить скорость около 60 км/ч.

Что касается людей, модель показывает, что топ-спринтеры в спорте уже близки к своему скоростному оптимуму. Преодолеть этот предел, помимо технических средств (специальная обувь, экзоскелеты), могли бы только более длинные ноги или более эластичные сухожилия.