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Los músculos limitan la velocidad máxima de carrera de los animales terrestres
¿Por qué los animales terrestres de tamaño medio, como los guepardos, suelen ser los más rápidos?
Encontramos la respuesta en un nuevo estudio del Imperial College de Londres, la Universidad de Harvard, la Universidad de Queensland y la Universidad de Sunshine Coast.
Existe una discrepancia en el reino animal. Mientras que muchos rasgos clave como fuerza, longitud de las extremidades, esperanza de vida y cerebro tienden a aumentar con el tamaño de los animales, la velocidad máxima al correr es mayor en los animales de tamaño medio.
Rapidez y distancia a la que se contraen los músculos
Los investigadores han desarrollado un modelo físico de cómo los músculos, el motor animal universal, limitan la velocidad máxima de carrera de los animales terrestres.
El autor principal, el Dr. David Labonte, del Departamento de Bioingeniería del Imperial College de Londres, afirma:
«Los animales más rápidos no son ni grandes elefantes ni diminutas hormigas, sino de tamaño intermedio, como los guepardos. ¿Por qué la velocidad de carrera rompe con los patrones regulares que rigen la mayoría de los demás aspectos de la anatomía y el rendimiento animal?».
Sus hallazgos sugieren que no hay un límite a la velocidad máxima de carrera, como se pensaba, sino dos: rapidez y distancia a la que se contraen los músculos.
La velocidad máxima que puede alcanzar un animal viene determinada por el límite que se alcance primero, y ese límite viene dictado por el tamaño del animal.
Los guepardos están en el punto físico óptimo
El profesor Christofer Clemente, de la Universidad de Sunshine Coast y de la Universidad de Queensland, es coautor del estudio:
«La clave de nuestro modelo es comprender que la velocidad máxima de carrera está limitada tanto por la rapidez con que se contraen los músculos como por lo mucho que pueden acortarse durante una contracción».
«Los animales del tamaño de un guepardo se encuentran en un punto físico óptimo en torno a los 50 kg, donde coinciden estos dos límites. Estos animales son, en consecuencia, los más rápidos, alcanzando velocidades de hasta 65 millas por hora».
Limites de capacidad de energía cinética y de capacidad de trabajo
El primer límite, denominado límite de capacidad de energía cinética, sugiere que los músculos de los animales más pequeños están limitados por la rapidez con que pueden contraerse.
Dado que los animales pequeños generan grandes fuerzas en relación con su peso, correr para un animal pequeño es como intentar acelerar en una marcha baja al ir cuesta abajo en bicicleta.
El segundo límite, denominado límite de la capacidad de trabajo, sugiere que los músculos de los animales grandes están limitados por la distancia a la que pueden contraerse.
Como los animales grandes son más pesados, sus músculos producen menos fuerza en relación con su peso, y correr es más parecido a intentar acelerar al subir una colina en bicicleta con una marcha alta.
El coautor del estudio, el Dr. Peter Bishop, de la Universidad de Harvard, afirma: «Para animales grandes como rinocerontes o elefantes, correr puede parecerse a levantar un peso enorme, porque sus músculos son relativamente más débiles y la gravedad exige un esfuerzo mayor. Como consecuencia de ambas cosas, los animales acaban teniendo que reducir la velocidad a medida que crecen».
Desde grandes mamíferos, aves y lagartos hasta diminutas arañas e insectos
Para comprobar la exactitud de su modelo, el equipo comparó sus predicciones con datos sobre velocidad y tamaño de animales terrestres recogidos de más de 400 especies, desde grandes mamíferos, aves y lagartos hasta diminutas arañas e insectos.
El modelo predijo con exactitud cómo varía la velocidad máxima de carrera con el tamaño corporal de animales cuya masa corporal difiere en más de 10 órdenes de magnitud, desde diminutos ácaros de 0,1 miligramos hasta elefantes de seis toneladas.
Futuros robots con la capacidad atlética de los animales más veloces
Los hallazgos arrojan luz sobre los principios físicos que subyacen a la evolución de los músculos y podrían servir de base para futuros diseños de robots que igualen la capacidad atlética de los mejores corredores animales.
También pueden aportar pistas fundamentales para entender las diferencias entre grupos de animales. Los grandes reptiles, como lagartos y cocodrilos, suelen ser más pequeños y lentos que los grandes mamíferos.
El coautor del estudio, el Dr. Taylor Dick, de la Universidad de Queensland, afirma: «Una posible explicación de esto puede ser que el músculo de las extremidades es un porcentaje más pequeño del cuerpo de los reptiles, en peso, lo que significa que alcanzan el límite de trabajo con un peso corporal más pequeño, y por lo tanto tienen que permanecer pequeños para moverse rápidamente.»
El modelo, combinado con datos de especies modernas, también predice que los animales terrestres que pesan más de 40 toneladas serán incapaces de moverse.
El dinosaurio terrestre Patagotitan, más de 40 toneladas
El mamífero terrestre más pesado que existe en la actualidad es el elefante africano, con unas 6,6 toneladas, pero algunos dinosaurios terrestres, como el Patagotitan, pesaban probablemente mucho más de 40 toneladas.
Los investigadores afirman que esto indica que debemos ser cautos a la hora de estimar la anatomía muscular de animales extintos a partir de datos sobre animales no extintos. En cambio, los datos sugieren que los gigantes extintos podrían haber desarrollado anatomías musculares únicas, que merecen más estudio.
El estudio plantea interrogantes sobre la forma en que los dinosaurios masivos conseguían desplazarse, así como cuestiones que requieren una recopilación de datos más específica sobre grupos de animales concretos, como los reptiles o las arañas.
Animales que vuelan y nadan
Aunque el estudio sólo se centraba en animales terrestres, los investigadores aplicarán sus métodos a los animales que vuelan y nadan.
Según Labonte, «Nuestro estudio plantea muchas cuestiones interesantes sobre la fisiología muscular tanto de los animales extintos como de los que viven en la actualidad, incluidos los atletas humanos…
… Las limitaciones físicas afectan a los animales que nadan y vuelan tanto como a los que corren, y desentrañar estos límites es lo siguiente en nuestra agenda».
Referencias
- This research was funded by Australian Research Council, Human Frontier Science Program, and European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme.
- “Dynamic similarity and the peculiar allometry of maximum running speed” by David Labonte, Peter J Bishop, Taylor JM Dick & Christofer J Clemente. Published 11 March in Nature Communications.
- Con Información de Caroline Brogan / Communications Division / Imperial College London.
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