Je držení těla, jak mohou klokani zrychlit, aniž by spálili více energie?

Většina zvířat utrácí více energie, protože se pohybují rychleji. Kratší doby kontaktu mezi chodidlem a zemí vyžadují svaly k rychlejšímu generování síly, což zvyšuje metabolické náklady.

Klokani a jejich příbuzní (makropodi) jsou však výjimkou z tohoto pravidla. Klasické studie na běžícím pásu ukázaly, že klokani červení a klokani tammarové mohou skákat rychleji s pouze mírným zvýšením spotřeby kyslíku, což vědce v oblasti biomechaniky zaráží.

Minulé studie poukázaly na jejich svalově-šlachové jednotky extenzorů kotníku, které dokážou ukládat a vracet elastickou energii jako pružiny, ale to samo o sobě nedokázalo vysvětlit, proč velké makropody nevynakládají náklady na energii jako ostatní podobní čtyřnožci. Pokusy rozluštit záhadu pomocí načasování kroku nebo koordinace dýchání byly neúspěšné a nerozlišovaly malé od velkých makropodů.

Informovala o tom nová studie vědců z Austrálie, Spojeného království a USA eLifemožná konečně našli odpověď. Vědci se zaměřili na držení těla, tedy kombinaci úhlů kloubů, které klokan zaujímá, když je noha na zemi. Zjistili, že držení těla aktivně moduluje páku v kotníku a může zvýšit množství elastické energie vrácené, když se klokan pohybuje rychleji. Pokud bude tento model ověřen, znamenalo by to, že klokani dokážou splnit vyšší mechanické nároky, aniž by jejich svaly vykonávaly extra práci, čímž by se rychlost oddělila od metabolických nákladů.

Výzkumníci zaznamenali 3D pohyb a pozemní síly 16 červených a východních šedých klokanů poskakujících rychlostí 2-4,5 m/s na silových deskách. Poté vytvořili zmenšený muskuloskeletální model na počítači, aby modelovali kinematiku kloubu, rotaci kloubu, efektivní mechanickou výhodu, práci kotníku a napětí Achillovy šlachy.

Jak poskakovali rychleji, tým zjistil, že klokani při zpomalení více ohýbali nohy, přičemž kotník se více ohýbal nahoru a prsty na noze se více tlačily dolů. Achillova šlacha byla stažena silněji, jako když se natahuje silnější gumička. Zvedly se i přízemní síly a kroutící síla v kotníku. Tato geometrie umožnila šlaše uložit více energie, když noha poprvé dopadla, a vrátit ji, když zvíře odrazilo.

Důležité je, že i když se jak „nasávací“ část při přistání, tak i „odtlačovací“ část zvětšila při vyšších rychlostech, vyvažují se nad každým skokem. Výsledkem je, že celková práce kotníku na skok zůstala zhruba konstantní. Místo toho dělala větší práci šlacha a svaly nemusely spalovat moc energie navíc.

Na druhou stranu, protože klokani tvrdě narážejí na šlachy, studie varovala, že nebude existovat velká bezpečnostní rezerva, než by mohlo něco selhat. To zase znamenalo, že biomechanika poskoku klokanů mohla omezovat, jak velké mohou být a jak ostře se mohou otáčet.

Vědci ve svém článku také napsali, že „budoucí práce by měla prozkoumat širší škálu tělesných velikostí“, mohla by posoudit „namáhání šlach při vysokých rychlostech“ – možná „s jiným experimentálním nebo modelovacím přístupem … protože klokani ve výběhu se zdají neochotní přeskakovat rychleji přes silové desky – a také „pochopit, jak držení těla a svaly v celém těle přispívají k energii klokanů“.