动物的最大奔跑速度在中等体型的物种中最容易出现

动物的最大奔跑速度在中等体型的物种中最容易出现为了探究其中的原因,一个由帝国理工大学、哈佛大学、昆士兰大学和阳光海岸大学组成的国际研究小组开发了一个物理模型,研究肌肉这种动物通用的运动是如何限制陆地动物的最高奔跑速度的。领衔作者、伦敦帝国学院生物工程系的戴维-拉邦特博士说:"跑得最快的动物既不是大象,也不是小蚂蚁,而是像猎豹这样中等大小的动物。为什么奔跑速度会打破支配动物解剖和表现的大多数其他方面的规律模式呢?"他们的研究结果表明,最大奔跑速度并不像以前认为的那样只有一个限制,而是有两个限制:肌肉收缩的速度和程度。动物所能达到的最大速度取决于最先达到的那个极限,而这个极限是由动物的体型决定的。论文共同作者、阳光海岸大学和昆士兰大学的克里斯托弗-克莱门特教授说:"我们模型的关键在于理解最大跑步速度既受到肌肉收缩速度的限制,也受到肌肉在收缩过程中缩短程度的限制。与猎豹体型相仿的动物,其体重在50千克左右,这两个极限在此重合。因此,这些动物的速度最快,时速可达65英里"。研究结果发表在《自然-通讯》上。测试极限第一种限制被称为"动能容量限制",它表明较小动物的肌肉受到其收缩速度的限制。因为相对于体重而言,小动物会产生很大的力,所以小动物跑步就有点像骑车下坡时试图用低速档加速。第二个限制被称为"工作能力限制",它表明大型动物的肌肉受到其肌肉收缩程度的限制。由于大型动物较重,它们的肌肉相对于体重所产生的力量较小,因此跑步更类似于用高挡骑车上坡时试图加速。共同作者、哈佛大学的彼得-毕肖普博士说:"对于犀牛或大象这样的大型动物来说,奔跑的感觉就像举起一个巨大的重物,因为它们的肌肉相对较弱,而重力要求它们付出更大的代价。由于这两方面的原因,动物最终不得不随着体型的增大而放慢速度"。为了测试模型的准确性,研究小组将其预测结果与从400多种陆地动物(从大型哺乳动物、鸟类和蜥蜴到小蜘蛛和昆虫)中收集到的有关陆地动物速度和大小的数据进行了比较。该模型准确预测了体重相差10个数量级以上的动物(从0.1毫克的小螨虫到6吨重的大象)的最大奔跑速度随体型的变化情况。他们的发现揭示了肌肉进化背后的物理原理,可以为未来设计出与最优秀的动物跑步运动员的运动能力相媲美的机器人提供参考。除了解释动物的奔跑速度,新模型还可能为理解动物群体之间的差异提供重要线索。蜥蜴和鳄鱼等大型爬行动物通常比大型哺乳动物体型小、速度慢。共同作者、昆士兰大学的泰勒-迪克博士说:"一种可能的解释是,按重量计算,四肢肌肉在爬行动物体内所占的比例较小,这意味着它们在体重较小的时候就达到了工作极限,因此必须保持较小的体型才能快速移动。"该模型结合现代物种的数据还预测,体重超过40吨的陆地动物将无法移动。现存最重的陆地哺乳动物是非洲象,重约6.6吨--然而一些陆地恐龙体重可能远远超过40吨。研究人员说,这表明我们应该谨慎地根据非灭绝动物的数据来估计灭绝动物的肌肉解剖结构。相反,他们认为这些数据表明,已灭绝的巨型动物可能已经进化出了独特的肌肉解剖结构,这值得进行更多的研究。这项研究提出了关于体型庞大的恐龙如何移动的问题,以及需要对特定动物群(如爬行动物或蜘蛛)进行更有针对性的数据收集的问题。虽然这项研究只针对陆地动物,但研究人员下一步将把他们的方法应用到飞行和游泳动物身上。拉邦特博士说:"我们的研究提出了许多有趣的问题,既涉及已灭绝动物的肌肉生理学,也涉及当今活着的动物(包括人类运动员)的肌肉生理学。物理限制对游泳和飞行动物的影响不亚于对奔跑动物的影响--解开这些限制是我们的下一个议程。"编译自:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424872.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1424872.htm

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自人类出现以来 物种灭绝的速度加快了35倍

自人类出现以来物种灭绝的速度加快了35倍尽管人类对陆地生态系统造成了巨大影响,但我们仅占地球生物量的0.01%。然而,人类不断进步,减少了其他动物的生存空间,变得越来越孤独。第六次生物大灭绝是第一次由单一动物引起的生物大灭绝;之前的生物大灭绝是由陨石(如消灭恐龙的陨石)和极端地质过程造成的。而这种影响并不局限于孤立的物种。《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表的一篇文章指出,进化树的整个分支正在被摧毁。袋狼和江豚等动物是其属中的最后一种,而属是将多个相关物种组合在一起的类别。在墨西哥国立自治大学研究员赫拉尔多-塞瓦略斯的领导下,这项研究利用国际自然保护联盟数据库等数据库,对过去500年间5400个脊椎动物属中的34600个物种进行了研究。在这五个世纪中,有73个属的物种灭绝,灭绝速度是之前6500万年灭绝速度的35倍。如果没有人类的影响,这么多属的消失需要1.8万年的时间。文章作者称,至少有三分之一的已知脊椎动物数量正在减少,并被挤压到越来越小的生态系统中。例如,20世纪初,世界上有1000万头大象。如今,大象的数量已不足50万头,而且直到最近,大象已经从它们居住过的许多国家消失了。整个种属的消失会影响整个生态系统的运作。人类强加给它们的环境同质化也导致有利于我们生存的平衡消失,改变了进化的进程。"在美国东部,大型食肉动物--熊、美洲狮、狼--已经消失,白尾鹿和老鼠的数量大量增加。鹿和老鼠是传播莱姆病的蜱虫宿主,莱姆病是一种非常严重的疾病。"塞瓦略斯解释说:"这导致美国每年出现数百万病例。"这项研究的作者之一、斯坦福大学教授保罗-埃利希(PaulEhrlich)指出:"我们正在失去我们所知的整个宇宙中唯一的生物伙伴。"除了像"COVID-19"那样加剧疾病在动物和人类之间的传播之外,生物多样性的丧失和对野生空间的过度开发,还助长了对本可用于改善人类健康的资源的破坏。胃锦蛙(Rheobatrachus)是已经消失的蛙属之一。这些原产于澳大利亚昆士兰热带森林的动物有着奇特的生殖系统。雌蛙吞下受精卵,把胃变成蝌蚪生长的子宫。由于青蛙必须关闭胃中的胃酸分泌以保护幼蛙,因此它们是研究胃反流和相关癌症等疾病的有趣模型,但现在地球上已经没有这种动物了。尽管这种动物的数量很少,但它们也可能在维持生态平衡方面发挥重要作用。塞瓦略斯表示,这些数据是对行动的呼吁。"如果我们不采取必要的行动,文明就会崩溃。人类不会灭绝,但会出现[像]电影中那种只有最强者才能生存的末日景象。在过去,每次大灭绝(有时地球上超过70%的生物灭绝)之后,随着新物种的慢慢出现,生命之树就会重建。但这需要1500万到2000万年的时间,人类等不了那么久。为了避免或减轻崩溃,作者呼吁进行前所未有的投资,特别关注保护热带森林,因为那里的生物多样性最丰富。"也许这将花费4000亿美元,这是一笔不小的数目,但如果我们继续像现在这样下去,崩溃的范围将比我们看到的大得多。"尽管《国家科学院院刊》(PNAS)上发表的类似研究对人类面临的生态问题的严重程度有所了解,但宇宙中唯一已知的智慧物种正越来越接近于被自身的生存和繁殖效率所扼杀。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385303.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1385303.htm

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