حیواناتی با جثه‌ی متوسط طبق معمول در قسمت دوی المپیک بهترین کارکرد را دارند و اکنون، به لطف مدل جدیدی از کارکرد عضلانی می‌توانیم علت این قضیه را دریابیم.

بزرگی جثه‌ی حیوانات در تعداد بسیاری از شاخص‌های مهم، مسئله‌ی مثبت به حساب می‌آید. حشرات امکان پذیر بتوانند با دقت به اندازه‌ی کوچک خودشان وزنه‌های شگفت‌انگیزی را بلند کنند، اما بزرگ‌ترین حیوانات مطلقاً نیرومندتر می باشند و طبق معمولً عمر طویل‌تری دارند. در واقع، تعداد بسیاری از معیارهای عملکردی حیوانات را می‌توان از روی اندازه‌ی جثه‌ی آن‌ها و با منفعت گیری از یک توزیع توانی ساده، پیش‌بینی کرد.

با این حال، هنگامی سخن بگویید از شدت به بین می‌آید، یوزپلنگ‌ها می‌توانند از حیواناتی با جثه‌ی زیاد بزرگ‌تر از خودشان جلو بزنند و در صدر جدول قرار بگیرند. این کار خلاف قاعده، به‌قدری برای جانورشناسان شگفت‌آور بوده که الهام‌قسمت تعداد بسیاری از مطالعات شده است.

دکتر دیوید لابونت از امپریال کالج لندن در بیانیه‌ای می‌پرسد: «چرا شدت دویدن به وسیله‌ی الگوهای منظمی که بر زیاد تر جنبه‌های دیگر آناتومی و کارکرد حیوانات حاکم است، می‌شکند؟» لابونت برای جواب به این سوال، در مطالعه‌ی جدیدی مشخص می کند که چرا حیوانات خشک‌زی همانند یوزپلنگ با جثه‌ی متوسط، سریع‌ترین حیوانات زمین می باشند. او می‌گوید به جای یک عامل که قبلاً فکر می‌شد، دو عامل محدود‌کننده برای شدت دویدن وجود دارد.

لابونت و همکارانش با بازدید روش انقباض ماهیچه‌ها، یک مدل فیزیکی ساختند که شدت دویدن حیوان را پیش‌بینی می‌کند. آن‌ها مدل را از طریق قیاس‌ی دیگر پیش‌بینی‌ها از اندازه‌گیری‌هایی که محققان تا به حال از نزدیک به ۴۰۰ گونه جمع‌آوری کرده‌اند، صحت‌سنجی کردند. گونه‌های اندازه‌گیری شده از حشراتی با وزن ده‌هزارم گرم تا بزرگ‌ترین پستانداران را شامل می‌شد.

پروفسور کریستوفر کلمنت، یکی از نویسندگان مطالعه از دانشگاه سان‌شاین کوست توضیح می‌دهد:

مسئله‌ی کلیدی در مدل ما فهمیدن این نوشته است که حداکثر شدت دویدن، با هر دو مورد شدت انقباض عضلات و مقدار مختصر‌شدن آن‌ها در طول یک انقباض، محدود می‌بشود. حیواناتی به اندازه‌ی یوزپلنگ در یک نقطه بهینه‌ی فیزیکی با وزن نزدیک به ۵۰ کیلوگرم قرار دارند، نقطه‌ای که این دو حد بر هم منطبق می‌بشود. در نتیجه، این حیوانات سریع‌ترین می باشند و شدت دویدن آن‌ها به ۱۰۵ کیلومتر در ساعت می‌رسد.

حیوانات بزرگ نیز با «محدودیت نیروی کاری» روبه رو خواهد شد. آن‌ها نمی توانند نیروهایی تشکیل کنند که برای شتاب‌دهی به توده‌های بزرگشان در شدت‌های بالا، کافی باشد. دکتر پیتر بیشاپ از دانشگاه هاروارد توضیح می‌دهد:

دویدن برای حیوانات بزرگی همانند کرگدن یا فیل، امکان پذیر همانند بلند‌کردن یک وزنه‌ی عظیم باشد؛ چون ماهیچه‌های آن‌ها نسبتاً ضعیف‌تر است و گرانش هزینه‌ی بیشتری را می‌طلبد. در نتیجه‌ی این دو، هرچه حیوانات بزرگ‌تر باشند، شدت آن‌ها نیز زیاد تر افت می‌یابد.

نویسندگان مطالعه این حالت را با عدد رینولدز در دینامیک سیالات قیاس می‌کنند. این عدد نسبت نیروی لختی به نیروی گران‌روی است. یعنی تمایل جریان به داشتن الگویی آرام (گران‌روی) در مقیاس‌های کوچک و جریان در حالت آشفته (لختی) در مقیاس‌های بزرگ‌تر غالب است.

یوزپلنگ‌ها امکان پذیر جثه‌ی مناسبی برای رسیدن به حداکثر شدت داشته باشند، اما دلایل فرد دیگر نیز برای پرچمداری این حیوانات وجود دارد. اگر مستندهای حیوانات در ساواناهای آفریقایی را دیده باشید، فهمید می‌شوید یکی از عوامل این است که یوزپلنگ‌ها عضلاتشان را به شدت منقبض می‌کنند و به جای قهرمانان دوی استقامتی، به قهرمانان دوی شدت تبدیل خواهد شد.

این چنین، یوزپلنگ‌ها از رقابت با برخی موجودات با اندازه‌ی جثه‌ی شبیه خودشان نیز در امان می باشند. خزندگان بزرگی همانند تمساح‌ها نمی توانند با شدت همتایان پستاندار خود رقابت کنند. سازندگان مجموعه پارک‌های ژوراسیک به گمان زیادً این قبیل حقیقت‌های علمی را نادیده می‌گیرند، اما نویسندگان مطالعه مشتاق می باشند که علت آن را بیابند، اگرچه تا بحال به جواب همه‌ی سؤالات دست نیافته‌اند.

دکتر تیلور دیک از دانشگاه کوئینزلند می‌گوید: «یک توضیح احتمالی برای این حقیقت، امکان پذیر این باشد که بر حسب وزن، درصد کمتری از بدن خزندگان از ماهیچه‌ی اندام زیرین راه اندازی شده است. بدین معنی که آن‌ها در وزن کمتری به محدودیت کاری می‌رسند و به این علت، برای حرکت سریع تر باید کوچک‌تر باشند.» با این حال، سوال مهم مجدد یک قدم به عقب بازمی‌گردد. با دقت به مزایای بی‌شمار شدت، چرا ماهیچه‌های اندام خزندگان بزرگ برای رقابت با پستانداران تکامل نیافته است؟

اگرچه مدل محققان این مطالعه‌ در تطبیق ظرفیت‌های شدت گونه‌های زنده زیاد عالی عمل می‌کند، اما در انتهای مقیاس بزرگ‌تر با مشکلاتی روبه رو می‌بشود و پیش‌بینی می‌کند که حرکت حیوانات خشک‌زی با وزنی بیشتر از ۴۰ تن غیرممکن است. ما می‌دانیم که این نوشته حقیقت ندارد، چون تیتاناسورها نیز روی زمین زندگی می‌کردند و بزرگ‌ترین تیتاناسورها نزدیک به ۷۰ تن وزن داشتند. نویسندگان مطالعه گمان می‌کنند که در قیاس با موجودات زنده، باید تفاوتی در ساختار ماهیچه‌ای بزرگ‌ترین دایناسورها وجود داشته باشد. اما آن‌ها نمی‌دانند که تفاوت در چه چیزی بوده است.

یافته‌های مطالعه در مجله Nature Communications انتشار شده است.