¿Por qué los organismos pequeños se mueven más rápido que los organismos grandes?

Dudé en hacer esta pregunta porque parece tan obvia e intuitiva. Sin embargo, no soy capaz de explicar esta tendencia.

Fondo

Me parece que los organismos pequeños hacen movimientos más rápidos que los organismos grandes. No me refiero a que sean capaces de viajar a mayor velocidad (el guepardo es un animal grande y es la especie terrestre más veloz) pero me refiero a que sus movimientos son rápidos, rápidos y sus miembros experimentan una gran aceleración.

Ejemplos

Supongo, por ejemplo, que las patas de un escarabajo tigre (clado de escarabajos velocistas rápidos) (ver película ) experimentan una aceleración mucho mayor que las patas de un guepardo (el organismo terrestre más rápido de la tierra) (ver película ). Para evitar tomar el extremo, pensaría que las piernas de una Drosophila (ver película ) experimentan una mayor aceleración que las piernas de un perro (ver película ). El organismo que es capaz de crear la aceleración más rápida es el camarón mantis. Wikipedia dice:

Ambos tipos (aplastadores y lanzadores) atacan desplegando y balanceando rápidamente sus garras rapaces hacia la presa, y son capaces de infligir daños graves a las víctimas significativamente más grandes que ellos. En los smashers, estas dos armas se emplean con una rapidez deslumbrante, con una aceleración de 10 400 g (102 000 m/s2 o 335 000 ft/s2) y velocidades de 23 m/s desde parado. Debido a que golpean tan rápidamente, generan burbujas de cavitación entre el apéndice y la superficie de golpe. El colapso de estas burbujas de cavitación produce fuerzas medibles en su presa además de las fuerzas instantáneas de 1500 newtons que son causadas por el impacto del apéndice contra la superficie de impacto, lo que significa que la presa es golpeada dos veces por un solo golpe; primero por la garra y luego por el colapso de las burbujas de cavitación que siguen inmediatamente. Incluso si el golpe inicial no alcanza a la presa, la onda de choque resultante puede ser suficiente para aturdir o matar a la presa.

Finalmente, tenga en cuenta que Gabel y Berg (2003) muestran que los flagelos pueden girar hasta 270 Hz.

Preguntas

  • ¿Tengo razón al pensar que los organismos pequeños tienden a realizar movimientos más rápidos que los organismos grandes?

  • En caso afirmativo: ¿Por qué las criaturas pequeñas hacen movimientos más rápidos?

    • ¿Tiene que ver con el tiempo para la difusión química?
    • ¿Tiene que ver con la mecánica? ( F = metro a ... Pero los músculos también son más pequeños).
    • ¿Tiene que ver con la resistencia de los tejidos biológicos?
    • ...
Esto podría explicarse con la física, fuerza = masa * aceleración, por lo que aceleración = fuerza dividida por masa. Si la masa es lo suficientemente pequeña, no se necesitará mucha fuerza para obtener grandes aceleraciones. Si bien los músculos más pequeños no generarán tanta fuerza como los músculos más grandes, su masa reducida aún puede permitir una mayor aceleración.
Los músculos también son mucho más pequeños, por lo que no me resulta totalmente intuitivo por qué la aceleración es mayor en los organismos pequeños.
Correcto, pero no estoy seguro de cómo la masa y la fuerza escalan con el tamaño del músculo. La masa debería escalar linealmente con el volumen muscular, asumiendo una densidad constante, pero la generación de fuerza podría no escalar de la misma manera. Si los músculos más pequeños pueden producir más newtons/gramo, podrían producir aceleraciones más altas.
¡Sí, de hecho! Me gustaría obtener más información para ver si esta es una explicación plausible.
Creo que esto podría tener algo que ver con la ley de Kleiber, que es aproximadamente cierta. Básicamente establece que los animales más grandes tienen metabolismos más lentos que los animales más pequeños. blogspot.co.uk/2012/06/kleiber-law.html Si la ley de Kleiber es cierta, los animales más pequeños tendrían más energía disponible por unidad de masa en comparación con los animales más grandes, lo que les permitiría tener relativamente grandes energías cinéticas.

Respuestas (2)

Es un fenómeno general que la escala de tiempo se correlaciona con la escala de tamaño de los sistemas complejos. El consumo de energía es la principal preocupación relacionada con la velocidad de las organizaciones biológicas. En sentido absoluto, una tortuga tiene una velocidad mayor que un insecto pequeño. Pero según sus tamaños, el error parece mucho más rápido. Entonces necesitamos normalizar la velocidad con la escala de tamaño que podemos llamar temporalmente "rapidez".

Aquí está la relación entre la solidez y la masa:

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Donde u es la velocidad del organismo, M es la masa, alfa es una constante por lo que asumimos que la energía metabólica está relacionada con la masa corporal del organismo con una ley de potencia.

La ecuación final dice que si alfa > 1,67, cuanto más grande sea, más rápido. Pero nuestra observación nos dice que cuanto más pequeño, más rápido. Por lo tanto, sabemos alfa < 1,67. De hecho , la ley de Kleiber nos dice que el alfa es de aproximadamente 0,75.

Puedes consultar algunos números relacionados con algunos animales aquí

Un aumento en la dimensión lineal por X provoca un aumento de X 3 en volumen y masa. La fuerza que un músculo puede generar escala aproximadamente con el área de la sección transversal del músculo, un aumento de X 2 para un músculo escalado por un factor de X .

Esto significa que los animales más grandes necesitan músculos proporcionalmente más grandes (por un factor de X ) para lograr la fuerza requerida para generar cualquier aceleración dada. Esto se vuelve poco práctico con bastante rapidez, por lo que simplemente nos arreglamos con menos aceleración.

Si considera una hormiga de 1 cm escalada al tamaño humano sin otras modificaciones (un aumento de 200 veces), sería 8,000,000 de veces más masiva pero sus músculos serían solo 40,000 veces más fuertes. Puede haber comenzado unas 50 veces más fuerte que un humano, masa por masa, pero a escala humana, es solo 1/4 de la fuerza; apenas sería capaz de moverse en absoluto.

Hay otros factores biomecánicos que pueden influir en la velocidad que también favorecen a las criaturas más pequeñas. Un ejemplo es la capacidad del camarón mantis para almacenar cantidades de energía mecánica que son bastante grandes en su escala en la curvatura de su exoesqueleto (como almacenar energía en la ballesta de un automóvil). Un almacenamiento de energía similar a escala humana simplemente no es práctico.

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