Vai ķenguri var paātrināties, nesadedzinot vairāk enerģijas?

Lielākā daļa dzīvnieku tērē vairāk enerģijas, jo tie pārvietojas ātrāk. Īsākiem kontakta periodiem starp pēdu un zemi muskuļiem ir nepieciešams ātrāk radīt spēku, palielinot vielmaiņas izmaksas.

Tomēr ķenguri un viņu radinieki (makropodi) ir izņēmums no šī noteikuma. Klasiskie skrejceliņu pētījumi ir parādījuši, ka sarkanie ķenguri un tammar valabiji var lēkt ātrāk, tikai nedaudz palielinot skābekļa pieprasījumu, mulsinot biomehānikas pētniekus.

Iepriekšējie pētījumi ir norādījuši uz to potītes pagarinātāja muskuļu un cīpslu vienībām, kas var uzglabāt un atgriezt elastīgo enerģiju, piemēram, atsperes, taču tas vien nevarēja izskaidrot, kāpēc lielajiem makropodiem nav jāmaksā par enerģiju, kā to dara citi līdzīgi četrkājaini. Mēģinājumi uzlauzt noslēpumu, izmantojot soļa laiku vai elpošanas koordināciju, neizdevās, kā arī neatšķīra mazos makropodus no lielajiem.

Jauns pētījums, ko veica pētnieki no Austrālijas, Apvienotās Karalistes un ASV, ziņoja eLifeiespējams, beidzot atrada atbildi. Pētnieki koncentrējās uz stāju, ti, locītavu leņķu kombināciju, ko ķengurs pieņem, kad tā pēda atrodas uz zemes. Viņi atklāja, ka poza aktīvi modulēja sviru pie potītes un var palielināt atgrieztās elastīgās enerģijas daudzumu, ķenguram kustoties ātrāk. Ja šis modelis tiks apstiprināts, tas nozīmētu, ka ķenguri var apmierināt augstākas mehāniskās prasības, to muskuļiem neveicot papildu darbu, tādējādi nošķirot ātrumu no vielmaiņas izmaksām.

Pētnieki reģistrēja 3D kustību un zemes spēkus no 16 sarkanajiem un austrumu pelēkajiem ķenguriem, kas uz spēka plāksnēm lēca ar ātrumu 2–4,5 m/s. Pēc tam viņi datorā izveidoja mērogotu muskuļu un skeleta sistēmas modeli, lai modelētu locītavu kinemātiku, locītavu rotācijas, efektīvas mehāniskās priekšrocības, potītes darbu un Ahileja cīpslas stresu.

Ātrāk lēkājot, komanda atklāja, ka ķenguri vairāk salieca kājas, palēninot ātrumu, potītei vairāk noliecoties uz augšu un pirkstiem stiprāk nospiežot uz leju. Ahileja cīpsla tika vilkta stiprāk, piemēram, stiepjot biezāku gumiju. Pieauga arī zemes spēki un griešanas spēks pie potītes. Šī ģeometrija ļāva cīpslai uzkrāt vairāk enerģijas, kad pēda pirmo reizi piezemējās, un atgriezt to, kad dzīvnieks nogrūsts.

Svarīgi ir tas, ka, lai gan gan “iesūkšanas” daļa nosēšanās laikā, gan “atgrūšanas” daļa palielinājās pie lielāka ātruma, tie balansē katrā lēcienā. Rezultātā potītes kopējais darbs uz vienu apiņu palika aptuveni nemainīgs. Tā vietā cīpsla veica vairāk darba, un muskuļiem nebija jādedzina daudz papildu enerģijas.

No otras puses, tā kā ķenguri smagi vada cīpslas, pētījums brīdināja, ka nebūs lielas drošības rezerves, pirms kaut kas varētu neizdoties. Tas savukārt nozīmēja, ka ķenguru apiņu biomehānika varētu ierobežot to lielumu un to, cik strauji tie var pagriezties.

Pētnieki savā dokumentā arī rakstīja, ka “nākotnē būtu jāizpēta plašāks ķermeņa izmēru diapazons”, varētu novērtēt “cīpslu stresu lielā ātrumā” — iespējams, “izmantojot atšķirīgu eksperimentālu vai modelēšanas pieeju, jo šķiet, ka iežogojumos esošie ķenguri nevēlas ātrāk lēkt pāri spēka plāksnēm – un arī “saprast, kā poza un muskuļi visā ķermenī veicina ķengura enerģētiku”.