- Tham gia
- 25/11/2012
- Bài viết
- 351
(kenhsinhvien.vn) Bí mật nằm trọn ở cơ bắp. Nhưng nếu điều đó đúng, thế thì tại sao những loài vật to khoẻ nhất lại không thể chạy nhanh nhất?
Sẽ không bất ngờ mấy nếu biết rằng loài vật nhanh nhất trên cạn là báo cheetah. Chúng có thể tăng tốc từ 0 lên 80 km/giờ chỉ trong 3 bước sải và đạt vận tốc cực đại kinh ngạc 110 km/giờ ngay sau đó. Với tốc độ 25 mét mỗi giây, hầu như không có nhiều khoảnh khắc quý báu nào từ lúc thấy một con báo cheetah đến khi bị chúng vồ lấy.
Mặc dù chưa có người thắng cuộc chính thức trong đường đua dưới những con sóng, sinh vật biển nhanh nhất có vẻ là cá marlin, một nhóm các loài cá vây buồm được đánh giá cao bởi ngư dân biển sâu, cũng như sự nhanh nhẹn và tính hung dữ của chúng đã trở nên bất hủ trong tác phẩm “Ông già và biển cả” của Ernest Hemingway. Cá marlin sử dụng tốc độ để săn mồi, bao vây những đàn cá với tốc độ lên đến 110 km/giờ và thọc chiếc hàm lưỡi kiếm của mình vào đám cá bị mắc kẹt. Tốc độ của chúng đặc biệt ấn tượng vì nước có mật độ dày gấp 1,000 lần không khí.
Ảnh: rudall30 - Shutterstock
Đối với động vật biết bay, chúng nhanh hơn gấp 6 lần so với các loài trên cạn, kẻ nắm giữ danh hiệu này là chim cắt lớn, với tốc độ cực đại đo được là 300 km/giờ (tốc độ khi phóng nhanh xuống đất). Về tốc độ vỗ cánh theo phương ngang, loài chim nhanh nhất là chim yến lớn, loài chim này bay tự lực đến 169 km/giờ khi bay ngang (mặc dù kỷ lục vẫn cần được xác minh). Chim bồ câu thông thường không bì được với hai loài trên, có tốc độ bay 149 km/giờ.
Sợi cơ phản ứng nhanh và sợi cơ phản ứng chậm
Dù các sinh vật nhanh nhất thế giới đều dựa vào một loạt các tính năng để đạt được tốc độ cực đại đáng kinh ngạc, nhưng quan trọng nhất trong số đó chính là cơ bắp – cụ thể là các sợi cơ “phản ứng nhanh”.
Chúng ta dùng sợi cơ phản ứng nhanh khi chạy nước rút, nhảy cao, hay vặn nắp hũ mứt cứng đầu – về cơ bản là bất kỳ hành động dùng sức đột ngột nào. Những động vật nhanh nhất có rất nhiều cơ bắp phản ứng nhanh. So với sợi cơ phản ứng chậm (được dùng trong các hoạt đồng cần sức bền như chạy bộ). Sợi cơ phản ứng nhanh không cần oxi để cử động. Không thể sử dụng không khí như các tế bào khác, cơ bắp phản ứng nhanh hoạt động theo cơ chế yếm khí, đốt cháy nhanh nguồn cung adenosine triphosphate hay còn gọi là ATP (năng lượng của cơ thể) để tạo ra sức mạnh ngắn hạn.
Bù qua sớt lại
Dù những động vật nặng hơn, giống như vật nặng, tăng tốc chậm hơn, lẽ ra chúng phải có khả năng đạt tốc độ cực đại cao hơn, vì chúng sở hữu nhiều “nguyên liệu” sản sinh ra gia tốc: cơ bắp phản ứng nhanh.
Tuy nhiên, có vẻ như hiện tượng các loài vật nhanh nhất hành tinh đều có kích thước trung bình rất phổ biến – ví dụ như chó săn, linh dương sừng nhánh, ngựa. Hiện tượng này đã được khoa học biết đến từ lâu, nhưng mãi đến năm 2017 chúng ta mới nhận được lời giải thích thoả đáng.
Quy luật tỷ lệ chung của Hirt
Trong bài báo đăng năm 2017 của mình, Myriam Hirt và các đồng nghiệp đã so sánh khối lượng cơ thể và tốc độ cực đại của 474 loài trong giới động vật từ trên trời, dưới đất đến ngoài biển – từ kiến và chim ô tác đến bạch tuột và dơi – để rồi cuối cùng phát hiện ra một mô thức rất quen thuộc: loài vật càng nặng ký càng chạy nhanh… nhưng chỉ đến một điểm mút, sau điểm đó tốc độ cực đại giảm dần.
Động vật có kích thước càng lớn, khả năng tăng tốc và đạt tốc độ cực đại càng cao. Vì vậy câu hỏi ở đây là: Tại sao ta chưa từng thấy một con vật nào kích thước to như voi chạy nhanh như chó săn? Lý do, theo nhóm tác giả, nằm ở tính khả dụng của năng lượng: ATP cung cấp năng lượng cho các sợi cơ phản ứng nhanh.
Các nhà nghiên cứu đưa ra đề xuất rằng động vật đang tăng tốc có khối lượng cơ bắp của một con voi sẽ gặp phải tình trạng thiếu hụt ATP lâu dài trước khi chúng có thể đạt đến gia tốc tối đa, vì thế không đạt được tốc độ cực đại tiềm năng. Sự thiếu hụt như vậy không xảy ra ở các động vật nhỏ hơn, chúng tăng tốc nhanh hơn và các cơ phản ứng nhanh đạt công suất tối đa (tốc độ cực đại của chúng) trong thời gian ngắn.
Những động vật nhỏ thì bị giới hạn do không đủ cơ bắp (và độ dài sải chân nhỏ, chẳng hạn như chúng đi được ít hơn với mỗi bước chân), động vật lớn thì do không đủ năng lượng. Kích thước cơ thể giảm thiểu được cả hai vấn đề trên, đó là khi chúng ta tìm ra được các quái xế đường đua, như báo cheetah, linh dương sừng nhánh và chó săn.
Quy luật tỷ lệ của nhóm dự đoán tốc độ tối đa của các loài vật dựa trên trọng lượng của chúng, với độ xác thực có thể được dùng để dự đoán tốc độ của động vật tiền sử. Một người chạy nước rút khoẻ mạnh đạt khoảng 32 km/giờ sẽ bị một con Allosaurus tốc độ 34 km/giờ vượt mặt, và nhanh hơn nữa là một con Velociraptor với tốc độ 39 km/giờ.
Hệ số nhiệm vụ, độ lớn và các giới hạn khác
Mô hình của Hirt về tình trạng mỏi cơ xác định tốc độ tối đa chỉ là một trong số nhiều các mô hình khác, bản thân nó không thể giải thích được tính đa dạng của tốc độ loài vật.
Tốc độ cực đại thường được tiến hoá để chạy thoát khỏi kẻ săn mồi. Nếu nhu cầu không bị săn có thể được đáp ứng bởi các đặc điểm khác, tốc độ có thể được tự do hoán đổi. Ví dụ như rùa cạn, dường như đã đánh đổi tốc độ lấy một cái mai, linh dương Đông Phi thì cho kỹ thuật né đòn, và có lẽ loài voi và các động vật to lớn nhất cũng đổi tốc độ lấy kích thước, vì động vật to khó bị ăn thịt hơn.
Một nhân tố quan trọng khác là “hệ số nhiệm vụ” – khoảng thời gian mỗi bàn chân chạm đất trong một sải chân. Trong quá trình vận động, mỗi sải chân phải sử dụng đủ lực hướng xuống để di chuyển con vật về phía trước và nâng đỡ khối lượng cơ thể; lực này chỉ có thể được truyền trong một bước chân khi bàn chân tiếp xúc với mặt đất. Sức nặng của lực ấy không hề lớn khi bạn đang đi bộ chậm rãi và nhiệm vụ có thể được phân bổ trên mỗi bước chân một cách thư thả. Nhưng khi bạn bắt đầu chạy, bàn chân bạn tiếp xúc mặt đất ngày càng ít, và đến lúc bạn chạy nước rút, bàn chân ở trên không nhiều hơn trên mặt đất.
Thử tưởng tượng một con voi đang phi nước đại. Sức nặng đáng kinh ngạc về khối lượng và gia tốc của con vật này sẽ cần được chuyển vào mỗi bước chân rất nhanh. Một sức nặng như sấm rền như vậy không thể tạo ra được hay chịu đựng được bởi các chi. Điều này có thể giải thích tại sao voi có hệ số nhiệm vụ cao, bởi việc phân bổ sức nặng trọng lượng trên mỗi bước chân hầu hết ở trên mặt đất, và lý do tại sao về mặt sinh lý học chúng không có khả năng nhảy, thậm chí là rất ít khả năng chạy được như chó săn.
Sẽ không bất ngờ mấy nếu biết rằng loài vật nhanh nhất trên cạn là báo cheetah. Chúng có thể tăng tốc từ 0 lên 80 km/giờ chỉ trong 3 bước sải và đạt vận tốc cực đại kinh ngạc 110 km/giờ ngay sau đó. Với tốc độ 25 mét mỗi giây, hầu như không có nhiều khoảnh khắc quý báu nào từ lúc thấy một con báo cheetah đến khi bị chúng vồ lấy.
Mặc dù chưa có người thắng cuộc chính thức trong đường đua dưới những con sóng, sinh vật biển nhanh nhất có vẻ là cá marlin, một nhóm các loài cá vây buồm được đánh giá cao bởi ngư dân biển sâu, cũng như sự nhanh nhẹn và tính hung dữ của chúng đã trở nên bất hủ trong tác phẩm “Ông già và biển cả” của Ernest Hemingway. Cá marlin sử dụng tốc độ để săn mồi, bao vây những đàn cá với tốc độ lên đến 110 km/giờ và thọc chiếc hàm lưỡi kiếm của mình vào đám cá bị mắc kẹt. Tốc độ của chúng đặc biệt ấn tượng vì nước có mật độ dày gấp 1,000 lần không khí.
Ảnh: rudall30 - Shutterstock
Đối với động vật biết bay, chúng nhanh hơn gấp 6 lần so với các loài trên cạn, kẻ nắm giữ danh hiệu này là chim cắt lớn, với tốc độ cực đại đo được là 300 km/giờ (tốc độ khi phóng nhanh xuống đất). Về tốc độ vỗ cánh theo phương ngang, loài chim nhanh nhất là chim yến lớn, loài chim này bay tự lực đến 169 km/giờ khi bay ngang (mặc dù kỷ lục vẫn cần được xác minh). Chim bồ câu thông thường không bì được với hai loài trên, có tốc độ bay 149 km/giờ.
Sợi cơ phản ứng nhanh và sợi cơ phản ứng chậm
Dù các sinh vật nhanh nhất thế giới đều dựa vào một loạt các tính năng để đạt được tốc độ cực đại đáng kinh ngạc, nhưng quan trọng nhất trong số đó chính là cơ bắp – cụ thể là các sợi cơ “phản ứng nhanh”.
Chúng ta dùng sợi cơ phản ứng nhanh khi chạy nước rút, nhảy cao, hay vặn nắp hũ mứt cứng đầu – về cơ bản là bất kỳ hành động dùng sức đột ngột nào. Những động vật nhanh nhất có rất nhiều cơ bắp phản ứng nhanh. So với sợi cơ phản ứng chậm (được dùng trong các hoạt đồng cần sức bền như chạy bộ). Sợi cơ phản ứng nhanh không cần oxi để cử động. Không thể sử dụng không khí như các tế bào khác, cơ bắp phản ứng nhanh hoạt động theo cơ chế yếm khí, đốt cháy nhanh nguồn cung adenosine triphosphate hay còn gọi là ATP (năng lượng của cơ thể) để tạo ra sức mạnh ngắn hạn.
Bù qua sớt lại
Dù những động vật nặng hơn, giống như vật nặng, tăng tốc chậm hơn, lẽ ra chúng phải có khả năng đạt tốc độ cực đại cao hơn, vì chúng sở hữu nhiều “nguyên liệu” sản sinh ra gia tốc: cơ bắp phản ứng nhanh.
Tuy nhiên, có vẻ như hiện tượng các loài vật nhanh nhất hành tinh đều có kích thước trung bình rất phổ biến – ví dụ như chó săn, linh dương sừng nhánh, ngựa. Hiện tượng này đã được khoa học biết đến từ lâu, nhưng mãi đến năm 2017 chúng ta mới nhận được lời giải thích thoả đáng.
Quy luật tỷ lệ chung của Hirt
Trong bài báo đăng năm 2017 của mình, Myriam Hirt và các đồng nghiệp đã so sánh khối lượng cơ thể và tốc độ cực đại của 474 loài trong giới động vật từ trên trời, dưới đất đến ngoài biển – từ kiến và chim ô tác đến bạch tuột và dơi – để rồi cuối cùng phát hiện ra một mô thức rất quen thuộc: loài vật càng nặng ký càng chạy nhanh… nhưng chỉ đến một điểm mút, sau điểm đó tốc độ cực đại giảm dần.
Động vật có kích thước càng lớn, khả năng tăng tốc và đạt tốc độ cực đại càng cao. Vì vậy câu hỏi ở đây là: Tại sao ta chưa từng thấy một con vật nào kích thước to như voi chạy nhanh như chó săn? Lý do, theo nhóm tác giả, nằm ở tính khả dụng của năng lượng: ATP cung cấp năng lượng cho các sợi cơ phản ứng nhanh.
Các nhà nghiên cứu đưa ra đề xuất rằng động vật đang tăng tốc có khối lượng cơ bắp của một con voi sẽ gặp phải tình trạng thiếu hụt ATP lâu dài trước khi chúng có thể đạt đến gia tốc tối đa, vì thế không đạt được tốc độ cực đại tiềm năng. Sự thiếu hụt như vậy không xảy ra ở các động vật nhỏ hơn, chúng tăng tốc nhanh hơn và các cơ phản ứng nhanh đạt công suất tối đa (tốc độ cực đại của chúng) trong thời gian ngắn.
Những động vật nhỏ thì bị giới hạn do không đủ cơ bắp (và độ dài sải chân nhỏ, chẳng hạn như chúng đi được ít hơn với mỗi bước chân), động vật lớn thì do không đủ năng lượng. Kích thước cơ thể giảm thiểu được cả hai vấn đề trên, đó là khi chúng ta tìm ra được các quái xế đường đua, như báo cheetah, linh dương sừng nhánh và chó săn.
Quy luật tỷ lệ của nhóm dự đoán tốc độ tối đa của các loài vật dựa trên trọng lượng của chúng, với độ xác thực có thể được dùng để dự đoán tốc độ của động vật tiền sử. Một người chạy nước rút khoẻ mạnh đạt khoảng 32 km/giờ sẽ bị một con Allosaurus tốc độ 34 km/giờ vượt mặt, và nhanh hơn nữa là một con Velociraptor với tốc độ 39 km/giờ.
Hệ số nhiệm vụ, độ lớn và các giới hạn khác
Mô hình của Hirt về tình trạng mỏi cơ xác định tốc độ tối đa chỉ là một trong số nhiều các mô hình khác, bản thân nó không thể giải thích được tính đa dạng của tốc độ loài vật.
Tốc độ cực đại thường được tiến hoá để chạy thoát khỏi kẻ săn mồi. Nếu nhu cầu không bị săn có thể được đáp ứng bởi các đặc điểm khác, tốc độ có thể được tự do hoán đổi. Ví dụ như rùa cạn, dường như đã đánh đổi tốc độ lấy một cái mai, linh dương Đông Phi thì cho kỹ thuật né đòn, và có lẽ loài voi và các động vật to lớn nhất cũng đổi tốc độ lấy kích thước, vì động vật to khó bị ăn thịt hơn.
Một nhân tố quan trọng khác là “hệ số nhiệm vụ” – khoảng thời gian mỗi bàn chân chạm đất trong một sải chân. Trong quá trình vận động, mỗi sải chân phải sử dụng đủ lực hướng xuống để di chuyển con vật về phía trước và nâng đỡ khối lượng cơ thể; lực này chỉ có thể được truyền trong một bước chân khi bàn chân tiếp xúc với mặt đất. Sức nặng của lực ấy không hề lớn khi bạn đang đi bộ chậm rãi và nhiệm vụ có thể được phân bổ trên mỗi bước chân một cách thư thả. Nhưng khi bạn bắt đầu chạy, bàn chân bạn tiếp xúc mặt đất ngày càng ít, và đến lúc bạn chạy nước rút, bàn chân ở trên không nhiều hơn trên mặt đất.
Thử tưởng tượng một con voi đang phi nước đại. Sức nặng đáng kinh ngạc về khối lượng và gia tốc của con vật này sẽ cần được chuyển vào mỗi bước chân rất nhanh. Một sức nặng như sấm rền như vậy không thể tạo ra được hay chịu đựng được bởi các chi. Điều này có thể giải thích tại sao voi có hệ số nhiệm vụ cao, bởi việc phân bổ sức nặng trọng lượng trên mỗi bước chân hầu hết ở trên mặt đất, và lý do tại sao về mặt sinh lý học chúng không có khả năng nhảy, thậm chí là rất ít khả năng chạy được như chó săn.
Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo Discover Magazine)
(Theo Discover Magazine)
