I ghepardi sono noti per essere gli animali terrestri più veloci del mondo, ma cosa li rende così rapidi? Una nuova ricerca ha svelato il mistero dietro la loro straordinaria velocità, dimostrando che la loro grandezza è un fattore chiave.
La grandezza conta
Gli animali di media grandezza dominano la classifica delle velocità nella sezione corsa delle Olimpiadi animali. Ora, grazie a un nuovo modello di prestazione muscolare, sappiamo il perché. Molti aspetti importanti della vita animale sono influenzati dalla grandezza: gli insetti possono sollevare pesi incredibili rispetto alla loro dimensione, ma in termini assoluti gli animali più grandi sono anche i più forti e di solito vivono più a lungo. Molte misure delle prestazioni animali possono essere previste dalla loro grandezza utilizzando una semplice legge di potenza – non perfettamente, ma abbastanza bene.
Tuttavia, quando si tratta di velocità, i ghepardi possono superare animali molto più grandi e hanno compagnia di media grandezza vicino alla cima della lista, un’anomalia che ha incuriosito gli zoologi a tal punto da ispirare molti studi.
La velocità e la grandezza
“Perché la velocità di corsa si discosta dai modelli regolari che governano la maggior parte degli altri aspetti dell’anatomia e delle prestazioni animali?” si chiede il Dr. David Labonte dell’Imperial College di Londra. Labonte ha contribuito a rispondere a questa domanda, mostrando che ci sono due fattori limitanti per la velocità di corsa, piuttosto che uno come si era supposto in precedenza.
Labonte e i coautori hanno esplorato il modo in cui i muscoli si contraggono, utilizzando questo per costruire un modello fisico che prevede la velocità di corsa di un animale. Hanno confermato la sua accuratezza confrontando le previsioni con le misurazioni raccolte su più di 400 specie, dagli insetti che pesano un decimillesimo di grammo ai mammiferi più grandi.
Il modello fisico della velocità
“Il punto chiave del nostro modello è comprendere che la velocità massima di corsa è limitata sia dalla velocità con cui i muscoli si contraggono, sia da quanto possono accorciarsi durante una contrazione,” spiega il coautore Professor Christofer Clemente dell’Università della Sunshine Coast. “Gli animali delle dimensioni di un ghepardo esistono in un punto dolce fisico intorno ai 50 chilogrammi, dove questi due limiti coincidono. Questi animali sono di conseguenza i più veloci, raggiungendo velocità fino a 105 chilometri all’ora.”
Il limite della grandezza
Gli animali più piccoli sono limitati dal primo limite a cui si riferisce Clemente: i loro muscoli semplicemente non possono contrarsi abbastanza velocemente per competere con i loro omologhi di media grandezza. Le forze generate dalla contrazione muscolare sono grandi rispetto al peso degli animali, il che è positivo per superare le forze contrarie – come quando si corre in salita – ma limita le velocità massime.
Gli animali più grandi si scontrano con il “limite della capacità di lavoro”; semplicemente non possono produrre forze abbastanza grandi per accelerare le loro grandi masse a velocità elevate.
La forza di gravità e la grandezza
“Per gli animali grandi come rinoceronti o elefanti, correre potrebbe sembrare come sollevare un peso enorme, perché i loro muscoli sono relativamente più deboli e la gravità richiede un costo maggiore. A causa di entrambi, gli animali alla fine devono rallentare man mano che diventano più grandi,” spiega il Dr. Peter Bishop dell’Università di Harvard.
Gli autori paragonano la situazione al numero di Reynolds nella dinamica dei fluidi, dove la viscosità domina su piccole scale e le forze inerziali su quelle più grandi.
I ghepardi possono essere delle dimensioni giuste per la massima velocità, ma ci sono altre ragioni per cui hanno raggiunto la vetta. Un fattore, come chiunque abbia visto un documentario girato nella savana africana può dirvi, è che si sono evoluti per essere velocisti piuttosto che corridori di lunga distanza, puntando tutto sui muscoli a contrazione rapida.
I ghepardi sono anche risparmiati dalla concorrenza di alcune creature di dimensioni simili. Grandi rettili come i coccodrilli non possono eguagliare le velocità dei loro omologhi mammiferi.
Questo fatto potrebbe essere un altro pezzo di scienza che i creatori del franchise di Jurassic Park/World ignoreranno, ma gli autori di questo studio sono ansiosi di scoprire perché, anche se finora non hanno tutte le risposte.
“Una possibile spiegazione per questo potrebbe essere che il muscolo degli arti è una percentuale più piccola del corpo dei rettili, per peso, il che significa che raggiungono il limite di lavoro a un peso corporeo più piccolo, e quindi devono rimanere piccoli per muoversi rapidamente,” dice il Dr. Taylor Dick dell’Università del Queensland. Questo, tuttavia, sposta solo la domanda indietro di un passo – data l’enorme vantaggio della velocità, perché i grandi rettili non hanno evoluto muscoli degli arti per competere con i mammiferi?
Sebbene faccia un ottimo lavoro nel corrispondere alle capacità di velocità delle specie viventi, il modello incontra problemi all’estremità superiore della scala, prevedendo che dovrebbe essere impossibile per un animale terrestre che pesa più di 40 tonnellate muoversi. Sappiamo che non è vero, perché i titanosauri si muovevano in qualche modo, e i più grandi pesavano circa 70 tonnellate. Gli autori pensano che ci debba essere stato qualcosa di diverso nella struttura muscolare dei dinosauri più grandi rispetto a qualsiasi cosa vivente, ma non sanno cosa fosse.
