Une équipe de chercheurs d’institutions telles que l’Imperial College de Londres et l’Université Harvard ont découvert que les vitesses de course maximales chez les animaux sont les plus élevées chez les espèces de taille moyenne en raison des limites de vitesse et d’étendue de la contraction musculaire, remettant en question les notions antérieures d’une limite de vitesse unique. Leur étude, révélant un double système de contraintes impliquant des limites de capacité d’énergie cinétique et de capacité de travail, suggère que les animaux pesant environ 50 kg, comme les guépards, atteignent les vitesses les plus élevées en raison de leur « point idéal » physique. Crédit : Issues.fr.com
Il existe une anomalie parmi les caractéristiques physiques du monde animal. Bien que des attributs tels que la puissance musculaire, la longueur des appendices, la longévité et la masse cérébrale augmentent généralement à mesure que la taille d’un organisme augmente, la vitesse maximale atteignable en courant culmine avec des créatures de stature modérée.
Pour comprendre pourquoi, une équipe internationale de chercheurs comprenant l’Imperial, l’Université Harvard, l’Université du Queensland et l’Université de Sunshine Coast, a développé un modèle physique de la façon dont les muscles, le moteur animal universel, fixent des limites aux vitesses de course maximales des animaux terrestres. .
Auteur principal, le Dr David Labonte, de collège impérial de LondresLe département de bio-ingénierie de l’Australie a déclaré : « Les animaux les plus rapides ne sont ni de grands éléphants ni de minuscules fourmis, mais des tailles intermédiaires, comme les guépards. Pourquoi la vitesse de course rompt-elle avec les schémas réguliers qui régissent la plupart des autres aspects de l’anatomie et des performances animales ? »
Leurs résultats suggèrent qu’il n’y a pas une limite à la vitesse de course maximale, comme on le pensait auparavant, mais deux : la vitesse et la distance de contraction des muscles. La vitesse maximale qu’un animal peut atteindre est déterminée par la limite atteinte en premier – et cette limite est dictée par la taille de l’animal.
Le professeur Christofer Clemente, co-auteur de l’Université de Sunshine Coast et de l’Université du Queensland, a déclaré : « La clé de notre modèle est de comprendre que la vitesse de course maximale est limitée à la fois par la vitesse à laquelle les muscles se contractent, ainsi que par leur intensité. peut se raccourcir lors d’une contraction.
« Les animaux de la taille d’un guépard existent dans un environnement physique idéal, à environ 50 kg, où ces deux limites coïncident. Ces animaux sont donc les plus rapides, atteignant des vitesses allant jusqu’à 65 milles à l’heure.
Les résultats sont publiés dans Communications naturelles.
Tester les limites
La première limite, appelée « limite de capacité d’énergie cinétique », suggère que les muscles des petits animaux sont restreints par la rapidité avec laquelle ils peuvent se contracter. Étant donné que les petits animaux génèrent des forces importantes par rapport à leur poids, courir pour un petit animal revient un peu à essayer d’accélérer à basse vitesse lors d’une descente à vélo.
La deuxième limite, appelée « limite de capacité de travail », suggère que les muscles des animaux plus gros sont restreints par la mesure dans laquelle leurs muscles peuvent se contracter. Parce que les gros animaux sont plus lourds, leurs muscles produisent moins de force par rapport à leur poids, et courir s’apparente davantage à essayer d’accélérer en gravissant une colline à vitesse élevée.
Le co-auteur, le Dr Peter Bishop de l’Université Harvard, a déclaré : « Pour les grands animaux comme les rhinocéros ou les éléphants, courir peut donner l’impression de soulever un poids énorme, car leurs muscles sont relativement plus faibles et la gravité exige un coût plus élevé. En raison de ces deux phénomènes, les animaux finissent par ralentir à mesure qu’ils grandissent.
Pour tester le précision de leur modèle, l’équipe a comparé ses prédictions aux données sur la vitesse et la taille des animaux terrestres collectées auprès de plus de 400 espècesdes grands mammifères, oiseaux et lézards aux minuscules araignées et insectes.
Le modèle a prédit avec précision comment les vitesses de course maximales varient en fonction de la taille du corps pour les animaux dont la masse corporelle diffère de plus de 10 ordres de grandeur – depuis de minuscules acariens de 0,1 milligramme jusqu’à des éléphants de six tonnes.
Leurs découvertes mettent en lumière les principes physiques derrière l’évolution des muscles et pourraient éclairer la conception future de robots correspondant à l’athlétisme des meilleurs coureurs d’animaux.
En plus d’expliquer la vitesse à laquelle les animaux peuvent courir, le nouveau modèle pourrait également fournir des indices essentiels pour comprendre les différences entre les groupes d’animaux. Les grands reptiles, comme les lézards et les crocodiles, sont généralement plus petits et plus lents que les grands mammifères.
Le co-auteur, le Dr Taylor Dick, de l’Université du Queensland, a déclaré : « Une explication possible à cela pourrait être que les muscles des membres représentent un pourcentage plus faible du corps des reptiles, en termes de poids, ce qui signifie qu’ils atteignent la limite de travail avec un poids corporel inférieur. , et doivent donc rester petits pour avancer rapidement.
Le modèle, combiné aux données sur les espèces modernes, prédit également que les animaux terrestres pesant plus de 40 tonnes seraient incapables de bouger. Le mammifère terrestre le plus lourd vivant aujourd’hui est l’éléphant d’Afrique, avec environ 6,6 tonnes – mais certains dinosaures terrestres, comme le Patagotitan, pesaient probablement bien plus de 40 tonnes.
Les chercheurs affirment que cela indique que nous devons être prudents lors de l’estimation de l’anatomie musculaire d’animaux éteints à partir de données sur des animaux non éteints. Au lieu de cela, ils suggèrent que les données indiquent que les géants éteints pourraient avoir développé des anatomies musculaires uniques, ce qui justifie une étude plus approfondie.
L’étude soulève des questions sur la façon dont les dinosaures massifs ont réussi à se déplacer, ainsi que des questions qui nécessitent une collecte de données plus ciblée sur des groupes d’animaux spécifiques, comme les reptiles ou les araignées.
Alors que l’étude n’a porté que sur les animaux terrestres, les chercheurs appliqueront ensuite leurs méthodes aux animaux qui volent et nagent.
Le Dr Labonte a déclaré : « Notre étude soulève de nombreuses questions intéressantes sur la physiologie musculaire des animaux disparus et de ceux qui sont vivants aujourd’hui, y compris les athlètes humains. Les contraintes physiques affectent autant les animaux qui nagent et volent que les animaux qui courent – et libérer ces limites est la prochaine priorité à notre ordre du jour.
Cette recherche a été financée par le Conseil australien de la recherche, le Human Frontier Science Program et le Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne.
