Uma equipa de investigadores de instituições como o Imperial College London e a Universidade de Harvard descobriu que as velocidades máximas de corrida em animais são mais elevadas em espécies de tamanho médio devido aos limites na velocidade e extensão da contracção muscular, desafiando noções anteriores de um único limite de velocidade. O seu estudo, revelando um sistema de restrição duplo envolvendo capacidade de energia cinética e limites de capacidade de trabalho, sugere que animais com cerca de 50 kg, como as chitas, atingem as velocidades mais elevadas devido ao seu “ponto ideal” físico. Crédito: SciTechDaily.com
Existe uma anomalia entre as características físicas do mundo animal. Embora atributos como força muscular, comprimento dos apêndices, longevidade e massa cerebral geralmente aumentem à medida que o tamanho de um organismo aumenta, a velocidade máxima atingível durante a corrida atinge o pico em criaturas de estatura moderada.
Para explorar o porquê, uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo Imperial, Universidade de Harvard, Universidade de Queensland e Universidade de Sunshine Coast, desenvolveu um modelo físico de como os músculos, o motor animal universal, estabelecem limites para as velocidades máximas de corrida dos animais terrestres. .
Autor principal, Dr. David Labonte, de Colégio Imperial de Londresdo Departamento de Bioengenharia, disse: “Os animais mais rápidos não são elefantes grandes nem formigas minúsculas, mas de tamanho intermediário, como as chitas. Por que a velocidade de corrida rompe com os padrões regulares que governam a maioria dos outros aspectos da anatomia e do desempenho animal?”
Suas descobertas sugerem que não há um limite para a velocidade máxima de corrida, como se pensava anteriormente, mas dois: quão rápido e quão longe os músculos se contraem. A velocidade máxima que um animal pode atingir é determinada pelo limite alcançado primeiro – e esse limite é ditado pelo tamanho do animal.
O co-autor Professor Christofer Clemente, da Universidade de Sunshine Coast e da Universidade de Queensland, disse: “A chave para o nosso modelo é compreender que a velocidade máxima de corrida é limitada pela rapidez com que os músculos se contraem, bem como pelo quanto eles se contraem. pode encurtar durante uma contração.
“Animais do tamanho de uma chita existem em um ponto ideal físico de cerca de 50 kg, onde esses dois limites coincidem. Esses animais são consequentemente os mais rápidos, atingindo velocidades de até 65 milhas por hora.”
Os resultados são publicados em Comunicações da Natureza.
Testando os limites
O primeiro limite, denominado “limite da capacidade de energia cinética”, sugere que os músculos dos animais mais pequenos são restringidos pela rapidez com que conseguem contrair-se. Como os animais pequenos geram grandes forças em relação ao seu peso, correr para um animal pequeno é um pouco como tentar acelerar em marcha baixa ao andar de bicicleta em declive.
O segundo limite, denominado “limite de capacidade de trabalho”, sugere que os músculos dos animais maiores são restringidos pela medida em que os seus músculos conseguem contrair-se. Como os animais grandes são mais pesados, seus músculos produzem menos força em relação ao seu peso, e correr é mais parecido com tentar acelerar ao subir uma colina em alta velocidade.
O co-autor, Peter Bishop, da Universidade de Harvard, disse: “Para animais de grande porte, como rinocerontes ou elefantes, correr pode parecer como levantar um peso enorme, porque seus músculos são relativamente mais fracos e a gravidade exige um custo maior. Como resultado de ambos, os animais eventualmente têm que desacelerar à medida que crescem.”
Para testar o precisão de seu modelo, a equipe comparou suas previsões com dados sobre velocidade e tamanho de animais terrestres coletados em mais de 400 espéciesdesde grandes mamíferos, pássaros e lagartos até pequenas aranhas e insetos.
O modelo previu com precisão como as velocidades máximas de corrida variam com o tamanho do corpo para animais que diferem em mais de 10 ordens de grandeza na massa corporal – desde pequenos ácaros de 0,1 miligrama até elefantes de seis toneladas.
Suas descobertas lançam luz sobre os princípios físicos por trás de como os músculos evoluíram e podem informar projetos futuros de robôs que correspondam à capacidade atlética dos melhores corredores de animais.
Além de explicar a rapidez com que os animais podem correr, o novo modelo também pode fornecer pistas críticas para a compreensão das diferenças entre grupos de animais. Répteis grandes, como lagartos e crocodilos, são geralmente menores e mais lentos que os grandes mamíferos.
O coautor, Dr. Taylor Dick, da Universidade de Queensland, disse: “Uma possível explicação para isso pode ser que o músculo dos membros representa uma porcentagem menor do corpo dos répteis, em peso, o que significa que eles atingiram o limite de trabalho com um peso corporal menor. , e portanto tem que permanecer pequeno para se mover rapidamente.”
O modelo, combinado com dados de espécies modernas, também previu que os animais terrestres com peso superior a 40 toneladas seriam incapazes de se mover. O mamífero terrestre mais pesado vivo hoje é o elefante africano, com cerca de 6,6 toneladas – mas alguns dinossauros terrestres, como o Patagotitan, pesavam provavelmente muito mais de 40 toneladas.
Os investigadores dizem que isto indica que devemos ser cautelosos ao estimar a anatomia muscular de animais extintos a partir de dados de animais não extintos. Em vez disso, sugerem que os dados indicam que os gigantes extintos podem ter desenvolvido anatomias musculares únicas, o que justifica mais estudos.
O estudo levanta questões sobre como os enormes dinossauros conseguiram se mover, bem como questões que exigem uma coleta de dados mais direcionada sobre grupos específicos de animais, como répteis ou aranhas.
Embora o estudo tenha analisado apenas animais terrestres, os pesquisadores irão em seguida aplicar seus métodos a animais que voam e nadam.
Dr. Labonte disse: “Nosso estudo levanta muitas questões interessantes sobre a fisiologia muscular de animais extintos e daqueles que estão vivos hoje, incluindo atletas humanos. As restrições físicas afetam os animais que nadam e voam tanto quanto os animais que correm – e desbloquear esses limites é o próximo passo na nossa agenda.”
Referência: “Semelhança dinâmica e a alometria peculiar da velocidade máxima de corrida” por David Labonte, Peter J. Bishop, Taylor JM Dick e Christofer J. Clemente, 11 de março de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-46269-w
Esta pesquisa foi financiada pelo Australian Research Council, pelo Human Frontier Science Program e pelo European Research Council (ERC) no âmbito do programa de pesquisa e inovação Horizonte 2020 da União Europeia.
