Tại sao những loài động vật lớn nhất lại không phải loài chạy nhanh nhất?

• Tại sao cá voi lưng gù hay tấn công cá voi sát thủ để bảo vệ các loài động vật khác? Đây là câu trả lời
• Tại sao loài hồng hạc đứng mãi bằng một chân mà không thấy mỏi?
• Bí ẩn về loài giun khổng lồ dài gần 1,5m ăn được cả khí thối hydro sulfide

Trong thế giới muôn loài, những loài động vật chạy nhanh nhất thường sở hữu cơ thể có kích thước trung bình. Báo chạy nhanh hơn sư tử, cá heo bơi nhanh hơn cá voi và chim ưng Peregrine bay nhanh hơn đại bàng đầu trắng.

Việc sở hữu cơ thể lớn hơn không đồng nghĩa với việc các cơ bắp lớn và khỏe mạnh hơn, bởi chẳng có quy tắc rõ ràng nào giải thích cho điều này. Vậy tại sao những loài động vật to lớn hơn lại không có lợi thế về mặt tốc độ di chuyển?

Mặc dù sở hữu thân hình to khỏe, vạm vỡ nhất trong các loài động vật nhưng voi lại không phải là loài chạy nhanh nhất. Nguồn ảnh: Four Oaks / Shutterstock

Hiện giờ, các nhà khoa học đã khám phá ra một lý do về mặt toán học: Dựa theo nghiên cứu mới đây, những loài động vật bị giới hạn bởi số năng lượng mà chúng có thể tạo ra để tăng tốc.

Nhà nghiên cứu sinh học Myriam Hirt thuộc Trung tâm nghiên cứu đa dạng sinh học tại Leipzig, Đức cho biết: "Vào thời điểm, những loài động vật có thân hình to lớn đạt tốc độ cao hơn một cách nhanh chóng thì năng lượng dự trữ có sẵn trong cơ thể của nó cũng nhanh chóng bị cạn kiệt”.

"Hạn chế tốc độ"

Myriam Hirt trở nên hứng thú với việc tìm hiểu mối quan hệ giữa kích thước cơ thể và vận tốc của các loài động vật trong khi tiến hành thực hiện một dự án yêu cầu cô phải ước tính được vận tốc tối đa của động vật. "Các phương pháp ước tính vận tốc truyền thống dựa trên kích thước cơ thể đưa ra các con số vô lý ở những loài động vật có thân hình to lớn nhất. Ví dụ, ở loài voi, dựa theo cách tính toán truyền thống thì vận tốc tối đa mà nó đạt được là 373 mph (600 km/giờ), tuy nhiên, trên thực tế vận tốc tối đa mà loài voi đạt được chỉ là 21 mph (34 km/giờ) mà thôi", Myriam Hirt đã trả lời Live Science.

Myriam Hirt sớm nhận ra rằng những loài động vật lớn nhất trên cạn không phải là loài động vật chạy nhanh nhất. Nhưng khi tiến hành nghiên cứu thêm, Hirt nhận ra rằng mô hình tính toán này có thể áp dụng đối với động vật bay trên trời và động vật sống dưới nước.

“Điều này làm cho tôi nhận ra rằng cơ chế tính toán cơ bản này đã trở thành một quy tắc chung”, Myriam Hirt nói.

Myriam Hirt đã xây dựng một mô hình toán học để giải thích cho cơ chế này. Những loài động vật đạt vận tốc tối đa trong khi chạy hết tốc lực ở một đoạn đường ngắn được cung cấp lượng kỵ khí, nghĩa là năng lượng cơ bắp đến từ nguồn dự trữ ngắn hạn và bị giới hạn. Sự chuyển hóa Aerobic (hô hấp hiếu khí) - là quá trình sản sinh năng lượng khi có đầy đủ oxy. Quá trình này có thể kéo dài cả ngày, cung cấp năng lượng chủ yếu cho các hoạt động cơ thể, tạo sức mạnh lâu bền hơn.

“Trọng lượng cơ thể phải lớn hơn quán tính thì một con vật mới có thể di chuyển được, vì vậy một con voi không thể chạy nhanh như một con chuột. Khi các con voi bắt đầu di chuyển, nó đã tiêu hao một lượng lớn nguồn dự trữ năng lượng kỵ khí. Kết quả là, những loài động vật lớn nhất không bao giờ đạt được tốc độ chạy giống như trên lý thuyết tính toán truyền thống, mặc dù kích thước cơ bắp của chúng có thể được cho thấy là có thể", Myriam Hirt có viết trong báo cáo ngày 17 tháng 7 trên tạp chí Nature Ecology & Evolution.

Mối quan hệ giữa khối lượng cơ thể và vận tốc tối đa giống như hình Parabol trên trục tọa độ: "Vận tốc tăng cùng kích thước cơ thể đến một điểm nhất định và sau đó giảm dần khi kích thước cơ thể vượt quá năng lượng sẵn có".

Xem thêm: Top 11 loài động vật kỳ lạ có thể bạn mới nghe thấy lần đầu

Kích thước và vận tốc

Nhà nghiên cứu sinh học Myriam Hirt đã thử nghiệm mô hình của mình dựa trên cơ sở dữ liệu của 474 loài trong thế giới động vật. Cô nhận thấy rằng nó dự đoán vận tốc tối đa chính xác đến 90% ở các loài động vật trên cạn, dưới nước và trên không. 10% còn lại giải thích cho một loạt các vấn đề như: sai số đo, sự thích ứng đặc biệt của cơ thể và nguồn nhiệt của động vật - cho dù con vật đó có là động vật máu nóng hay động vật máu lạnh.

Động vật máu nóng trên cạn thường chạy nhanh hơn so với động vật máu lạnh, đơn giản vì động vật máu nóng có thể hoạt động không phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Nhưng thật kỳ lạ, mô hình đó dường như lại bị đảo lộn khi nói đến các loài động vật sống dưới nước: "Những sinh vật máu lạnh thường di chuyển nhanh hơn sinh vật máu nóng. Điều này có lẽ bởi vì những sinh vật máu nóng của đại dương giống như chim cánh cụt và cá voi, có thể dành một khoảng thời gian sống trên cạn hoặc tổ tiên của nó từng sống trên đất liền, nên những động vật đó có thể di chuyển chậm hơn trong nước".

"Mặc dù con người chúng ta có vận tốc tối đa thấp hơn 1 chút so với công thức tiên đoán của Hirt, Usain Bolt - người giữ kỷ lục chạy ở cự ly ngắn 100m và 200m - phù hợp với dữ liệu đưa ra. Đó có thể là bởi con người ta không được thích nghi với các tác động bên ngoài, thứ mà giúp cho loài báo chạy nhanh, khiến xương sống và các khớp di chuyển linh hoạt", Myriam Hirt có nói.

Công thức tính vận tốc mới này có thể giúp ích cho các nghiên cứu trong tương lai liên quan đến việc di chuyển và di cư của các loài động vật, cũng như sự tương tác giữa động vật ăn thịt và săn mồi. Nó cũng có thể được sử dụng để xác định rõ hơn về các loài động vật đã bị tuyệt chủng có thể về cách chúng di chuyển nhanh như thế nào. Theo tính toán của Hirt, loài khủng long Velociraptor có thể đạt vận tốc tối đa là 34 mph (54,5 km/giờ), khủng long bạo chúa T. rex có thể tăng tốc lên tới 17 mph (27 km/giờ) và khủng long Brachiosaurus là 7 mph (11,9 km/giờ).

Xem thêm: Khủng long bạo chúa T-rex và Giganotosaurus, con nào sẽ thắng?

Chúc các bạn vui vẻ!