Gli esseri umani sono ossessionati dalla velocità. Corriamo con cavalli, esseri umani e persino piccioni, spendendo miliardi di dollari per progettare nuovi modi per muoverci più velocemente.
Ma in che modo la natura determina la velocità con cui un animale può muoversi?
Un team internazionale di fisici, biologi e paleontologi, tra cui il dottor Christopher Clementi dell'Università della Sunshine Coast, ritiene di avere una risposta.
Uno che potrebbe cambiare la nostra comprensione degli animali estinti. Come potrebbero muoversi i robot in futuro.
Nel loro articolo pubblicato in Comunicazioni sulla naturaI ricercatori hanno sviluppato un modello fisico di come i muscoli, il motore animale universale, stabiliscono i limiti alle velocità massime di corsa degli animali selvatici.
L'autore principale, il dottor David Labonte dell'Imperial College di Londra, afferma che mentre molti tratti come la forza, la lunghezza degli arti, la longevità e le dimensioni del cervello tendono ad aumentare con la dimensione degli animali, le velocità massime di corsa tendono ad essere maggiori negli animali di media taglia.
“La velocità di corsa è in conflitto con gli schemi regolari che governano la maggior parte degli altri aspetti dell'anatomia e delle prestazioni degli animali”, ha affermato il dott. Labonte.
“Il nostro modello suggerisce che non esiste un limite alla velocità massima di corsa, come si pensava in precedenza, ma due: quanto velocemente un muscolo si contrae rispetto a quanto si contrae. La velocità massima che un animale può raggiungere è determinata da quale limite viene raggiunto per primo – e che il limite è dettato dalla taglia dell’animale.”
“Lo studio solleva molte domande interessanti sulla fisiologia muscolare sia degli animali estinti che di quelli viventi oggi, compresi gli atleti umani”.
Sebbene riguardi solo gli animali selvatici, il dottor Labonte ha affermato che le restrizioni fisiche riguardano gli animali che nuotano e volano tanto quanto gli animali che corrono, e l’apertura di tali confini è il prossimo punto all’ordine del giorno.
Lo “sweet spot” spiega la velocità senza pari del ghepardo
In termini di velocità massima, i piccoli animali tendono ad essere limitati dal loro “limite di ampiezza dell’energia cinetica” – o dalla velocità con cui i loro muscoli possono contrarsi.
Generano grandi forze rispetto al loro peso, quindi correre per loro è un po' come cercare di guadagnare velocità a bassa velocità quando si pedala in discesa. Le loro gambe semplicemente non possono muoversi più velocemente.
La velocità massima degli animali di grandi dimensioni tende ad essere limitata dalla contrazione dei loro muscoli o dal loro “limite di capacità di lavoro”. Poiché sono più pesanti, i loro muscoli producono meno forza rispetto al loro peso e correre è come cercare di guadagnare velocità quando si pedala su una collina ad alta velocità.
Se combinato con dati dettagliati, il loro modello ha stimato che la transizione ottimale tra questi due limiti si è verificata con una massa corporea di circa 54 kg, ha affermato il dottor Clemente dell'UniSC.
“Gli animali delle dimensioni di un ghepardo hanno quel punto debole fisico, dove l'energia cinetica e la capacità di lavorare coincidono”, ha detto il dottor Clemente.
“Questi animali sono quindi i più veloci, raggiungendo velocità superiori a 100 chilometri orari”.
Il modello si è dimostrato straordinariamente efficace su un’ampia gamma di animali, prevedendo con precisione come varierà la velocità massima di corsa a seconda del corpo, dai minuscoli acari da 0,1 milligrammi agli enormi elefanti da sei tonnellate.
Nuove intuizioni sui dinosauri… e sui futuri robot?
Facendo luce sui principi fisici alla base del modo in cui si sviluppano i muscoli, i risultati potrebbero informare i futuri progetti di robot che corrispondano all’atletismo dei migliori corridori di animali.
Potrebbe anche avere implicazioni per la comprensione delle specie estinte, secondo il dottor Peter Bishop dell'Università di Harvard.
“Uno degli aspetti interessanti di questo nuovo modello è che promette una migliore comprensione del movimento delle specie estinte, un argomento che è stato a lungo oggetto di accesi dibattiti tra i paleontologi”, ha affermato il dottor Bishop.
Utilizzando un modello che include dati provenienti da specie moderne, i ricercatori hanno previsto che gli animali terrestri che pesano più di 40 tonnellate non sarebbero in grado di muoversi. Tuttavia, alcuni dinosauri terrestri, come il Patagotitan, probabilmente pesavano molto più di 40 tonnellate.
Il dottor Bishop ha detto: “Ciò suggerisce che i giganti estinti potrebbero aver sviluppato un’anatomia muscolare unica, che richiede ulteriori studi, e dovremmo stare attenti quando stimiamo l’anatomia muscolare di animali estinti dai dati su animali non estinti”.
Il coautore, il dottor Taylor Dick dell'Università del Queensland, ha affermato che potrebbe anche fornire importanti indizi per comprendere le differenze tra gruppi animali che esistono ancora oggi.
I grandi rettili, come lucertole e coccodrilli, sono generalmente più piccoli e più lenti dei grandi mammiferi.
“Una possibile spiegazione potrebbe essere che i rettili hanno una proporzione minore della loro massa corporea costituita da muscoli degli arti, il che significa che raggiungono il limite di operare con una massa corporea più piccola e quindi devono rimanere più piccoli per muoversi rapidamente”, ha detto il dottor Dick.
La ricerca è stata sostenuta dai finanziamenti dell’Australian Research Council, dello Human Frontiers Science Project, dell’European Research Council e del Dipartimento australiano dell’Istruzione.
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