Крупные животные редко бывают самыми быстрыми — обычно выдающимися показателями скорости обладают животные среднего размера. Гепард способен перегнать льва, дельфин — касатку, чайка — орла. Хотя крупные габариты тела подразумевают наличие сильных мышц, которые позволяют развить большую скорость, на деле большие животные по скорости уступают средним.
Немецкие ученые смогли обосновать эту особенность математически и доказать, что скорость крупных животных ограничена из-за количества энергии, которую те затрачивают на разгон. Результаты были опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.
«Пока большое животное разгонится до нужной скорости, оно растратит доступные запасы энергии»,
— поясняет ведущий автор исследования Мириам Хирт, зоолог из Германского центра интегративных исследований в области биоразнообразия.
Соотношение размера и скорости заинтересовало Хирт, когда она работала над проектом, где требовалась оценка максимальной скорости животных. Традиционные методы оценки, основанные на габаритах животного, давали для крупных животных совершенно абсурдные результаты. Так, скорость слона должна была доходить до 600 км/ч, хотя в действительности она не превышает 34 км/ч. Проблема с расчетами была актуальна не только для зверей, но и для птиц и рыб.
Хирт построила математическую модель, объясняющую этот механизм. Животные развивают максимальную скорость на коротких дистанциях, а не на длинных, поясняет она. Короткий забег — это анаэробная нагрузка, при которой энергия вырабатывается за счет распада определенных веществ в мышцах без участия кислорода. Однако запасы «топлива» в мышцах ограниченны и быстро истощаются.
Чем больше масса тела животного, тем больше усилий оно тратит на преодоление инерции, когда двигается. Поэтому слон не может разогнаться так же быстро, как мышь.
Пока он будет набирать скорость, он израсходует запасы энергии. В результате крупные животные никогда не достигают теоретического предела своей скорости.
На графике отношение массы тела к максимальной скорости выглядит как парабола, обращенная вершиной вверх: до определенного момента увеличение массы коррелирует с увеличением скорости, однако потом наблюдается обратная зависимость.
Хирт протестировала разработанную модель, проанализировав с ее помощью данные о 474 видах животных. Как оказалось, ее расчеты могли предсказать развиваемую животным скорость с точностью в 90%. Оставшиеся 10% объясняются погрешностями вычислений, особенностями строения животного и его принадлежностью к теплокровным или холоднокровным животным.
Теплокровные животные быстрее холоднокровных просто потому, что не зависят от окружающей температуры. Однако в воде преимущество у холоднокровных. Возможно, это связано с тем, что океанические теплокровные животные, например пингвины или киты, проводят какое-то время на суше либо это когда-то делали их предки.
Хотя люди оказались несколько медленнее, чем следует из расчетов Хирт, бегун-рекордсмен Усейн Болт вполне вписывается в полученные значения. Так что, по всей видимости, человеческая медлительность объясняется просто отсутствием необходимых механизмов адаптации.
Разработанная Хирт формула будет полезна, например, при расчетах миграций животных и возможных нападений хищников на них.
Кроме того, с ее помощью можно будет более точно узнать, с какой скоростью двигались те или иные вымершие животные.
Так, по подсчетам Хирт, велоцираптор бегал со скоростью до 54,5 км/ч, тираннозавр — 27 км/ч, а брахиозавр — всего 11,9 км/ч.