Vědci vysvětlili, proč člověk nikdy nebude schopen předběhnout kočku domácí – Republika Tatarstán | RT Online

Nový model vysvětluje, jak různé síly a složení těla omezují maximální rychlost běhu lidí.

Nedávno se nejrychlejší sprinteři planety sešli na olympijských hrách v Tokiu, aby bojovali o zlato na 100 metrů. Lamont Marcel Jacobs doběhl do cíle za 9,80 sekundy a získal tak Itálii své první zlato v tomto závodě. Na straně žen Jamajka brala zlato, stříbro a bronz v čistém vedení Elaine Thompson-Hera, která překonala 33 let starý olympijský rekord, když trať uběhla za 10,61 sekundy.

Žádný z nich se ale nemůže rovnat výšinám odkazu osminásobného olympijského vítěze Usaina Bolta, který v roce 2017 odešel ze sportu, ale stále drží titul nejrychlejšího muže planety. Bolt zaběhl běh na 9,58 m za 43,5 sekundy. Ačkoliv však Boltova rychlost dosahovala XNUMX kilometru za hodinu, stále je to méně než rychlost typické domácí kočky. (Ano, běžná domácí kočka.) V soutěži s gepardy a antilopami vidlorohými, považovanými za nejrychlejší zvířata planety, by Bolt neměl šanci vyhrát.

Možná si myslíte, že to, jak rychle může zvíře běžet, závisí na velikosti jeho svalů: větší síla rovná se větší rychlost. I když je to do jisté míry pravda, slon stejně nikdy neuteče gazelu. Co tedy vlastně určuje maximální rychlost?

Nedávno se skupina vědců pod vedením biomechanika Michaela Guntera ze Stuttgartské univerzity rozhodla zjistit, jaké přírodní zákony určují maximální rychlost běhu v živočišné říši. Ve své nové studii, publikované minulý týden v Journal of Theoretical Biology, představili komplexní model, který bere v úvahu velikost těla, délku nohou, hustotu svalů a další, aby vysvětlili, které vlastnosti těla jsou nejdůležitější pro dosažení největších výhod.

Tento nový výzkum poskytuje vhled do biologické evoluce čtyřnohých zvířat a jejich vzorců běhu a může být použit ekology k pochopení toho, jak omezení rychlosti zvířat ovlivňují populaci, výběr stanovišť a populační dynamiku různých druhů. Tento výzkum může být také užitečný pro robotické a biomedicínské inženýry, kteří studují optimální struktury zvířecího těla, aby zlepšili návrhy bipedálních chodících robotů a různých protetik.

“Základní myšlenkou je, že maximální rychlost je omezena dvěma faktory,” říká Robert Rockenfeller, matematik z University of Koblenz-Landau, který je spoluautorem studie. Za prvé je to odpor vzduchu, což je síla působící na každou nohu, když se snaží posunout tělo dopředu. Vzhledem k tomu, že účinek odporu se nezvyšuje s hmotností, je dominantním faktorem omezujícím rychlost u menších zvířat. „Když vezmeme v úvahu sílu odporu vzduchu, kdybys byl nekonečně těžký, běžel bys nekonečně rychle,“ vysvětlil Rockenfeller.

Druhým aktivním faktorem, který se zvyšuje spolu s nárůstem tělesné hmoty, je setrvačnost, tedy odolnost tělesa vůči změně jeho stavu, v tomto případě při akceleraci z klidového stavu. Rockenfeller říká, že zvíře má časový limit pro zrychlení své vlastní hmoty: dobu mezi dobou, kdy je noha na zemi, dokud noha neopustí zem. To je omezující zejména u větších zvířat: čím větší hmotu je třeba posunout dopředu, tím obtížnější je překonat setrvačnost. Výhodu tak mají zvířata s nižší tělesnou hmotností.

Podle výsledků studie je optimální tělesná hmotnost pro překonání odporu vzduchu a setrvačnosti asi 50 kilogramů. Ne náhodou se jedná o průměrnou hmotnost gepardů a antilopy vidlorožců.

Gunterův tým byl také schopen vypočítat teoretické maximální rychlosti pro různé struktury těla o hmotnosti asi 100 kg. Kočka domácí této velikosti mohla běžet rychlostí 74 kilometrů za hodinu; obří pavouk, pokud by jeho nohy nějak unesly jeho váhu, by dosahoval rychlosti až 56 kilometrů za hodinu. Není divu, že průměr pro člověka vážícího 100 kilogramů je v této řadě poslední: jeho rychlost nepřesáhne 38 kilometrů za hodinu.

Velikost těla ale není jedinou vlastností, která ovlivňuje maximální rychlost. Modelka ukázala, že na délce nohou také záleží. Zvířata s delšíma nohama mohou posunout své tělo více dopředu, než jejich noha musí opustit zem, čímž se prodlouží čas, který potřebují ke zrychlení mezi středním švihem a zvednutím.

Pokud jde o to, proč mohou čtyřnohá zvířata běžet rychleji než lidé, Gunter vysvětlil, že to není proto, že máme jen dvě nohy, ale protože naše tělo je svislé a zažívá plnou sílu gravitace. Během evoluce dvounohých tvorů se páteř stala mnohem méně pohyblivou, protože upřednostňovali rovnováhu a stabilitu před rychlostí. Mezitím zvířata, jejichž těla jsou rovnoběžná se zemí, v procesu evoluce obdržela pružnější páteře, které jsou optimální pro delší kontakt chodidla se zemí.

A co svalová únava? “Nehraje to žádnou roli,” říká Gunther. V rámci svého výzkumu jeho tým dospěl k závěru, že každé zvíře může zrychlit alespoň na 90 % své maximální rychlosti, než mu dojde palivo.