Pourquoi les animaux à quatre pattes sont de meilleurs sprinteurs –
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De nombreux mammifères à quatre pattes peuvent atteindre des vitesses de course considérablement plus élevées que les humains à deux pattes. Les animaux parfaitement adaptés au sprint, comme les guépards ou les antilopes, se caractérisent par une silhouette élancée, de longues pattes, et une colonne vertébrale particulièrement mobile pour atteindre des vitesses très élevées lors de la course. Une équipe interdisciplinaire comprenant des chercheurs de l’Institut de zoologie de l’Université de Cologne a maintenant développé un modèle qui prend en compte ces caractéristiques et peut calculer les vitesses de course maximales pour les animaux de toute taille. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans l’article “Rules of nature’s Formula Run: Musclemechanics during late stance is the key to Explain Maximum Running Speed” dans le Journal de biologie théorique.
Les Jeux olympiques de Tokyo approchent à grands pas et l’un des temps forts sera le sprint masculin du 100 mètres. Les meilleurs sprinteurs peuvent atteindre des vitesses de course de près de 45 km/h. Cela semble impressionnant, mais ne l’est en réalité pas par rapport aux performances de sprint dans le règne animal. Elle n’est qu’à peu près équivalente à la vitesse de pointe d’un chat domestique. Les guépards peuvent courir plus de deux fois plus vite (plus de 100 km/h), mais d’autres animaux comme les antilopes (90 km/h), ou même les phacochères et les lièvres (un peu moins de 60 km/h) dépasseraient les sprinteurs humains.
L’équipe de recherche dirigée par le Dr Michael Günther (Université de Stuttgart) a étudié les facteurs physiques et biologiques dont dépend la vitesse maximale de ces animaux. Au cours du processus, les chercheurs ont développé des réponses complètes à des questions sur l’importance de la conception du corps, telles que : « Pourquoi les vitesses maximales naturelles sont-elles atteintes par les animaux de taille moyenne ? », « Quelles caractéristiques principales déterminent la vitesse de course maximale ? » et « Quelles caractéristiques fixent des limites à la vitesse ? »
Le cœur de leur travail théorique est l’équilibre physique de la force propulsive des jambes et de la résistance de l’air à surmonter, ainsi que l’inertie des muscles propulseurs. Ils montrent une sorte de voie principale pour changer la forme structurelle des corps animaux en fonction de la taille du corps (allométrie) en s’adaptant à la locomotion rapide entraînée par les jambes. «Cette voie principale décrit comment la forme d’un organisme doit changer en fonction de la taille du corps afin d’atteindre une vitesse de course élevée, et comment des formes spécifiques affectent la vitesse maximale qui peut être atteinte», a déclaré le Dr Tom Weihmann de l’université de Institut de zoologie de Cologne.
L’exemple classique est la souris et l’éléphant. Une souris de la taille d’un éléphant ne serait tout simplement pas viable car ses os se briseraient sous leur propre poids. Les éléphants ont des os beaucoup plus épais et plus lourds par rapport à leur poids ainsi que des pattes beaucoup plus longues et plus droites. Ces caractéristiques rendent possible la taille énorme des animaux. Cependant, les os lourds et les jambes droites limitent leur vitesse de pointe, qui est bien inférieure à celle des guépards, même si les jambes des éléphants sont beaucoup plus longues.
Cependant, les vitesses de pointe dépendent non seulement de la taille mais aussi de la construction, comme le nombre de jambes et la mobilité de la colonne vertébrale. Par exemple, de nombreux mammifères à quatre pattes sont capables d’atteindre des vitesses de course beaucoup plus élevées que les modèles bipèdes tels que les humains et les oiseaux, car ils peuvent galoper en utilisant les muscles de leur tronc pour se propulser. «Si les animaux deviennent trop lourds, cependant, des muscles encore plus puissants ne seront d’aucune utilité, car les muscles plus gros mettent plus de temps à se contracter à grande vitesse. En conséquence, la limite de poids au-dessus de laquelle les vitesses de sprint recommencent à diminuer est d’environ 50 kg, ce qui est assez proche du poids moyen des guépards et des antilopes, les sprinteurs les plus rapides de notre planète », a expliqué Weihmann.
Le modèle peut même être appliqué à des créatures fantastiques. Par exemple, l’araignée géante Shelob du “Seigneur des anneaux” de JRR Tolkien serait capable d’atteindre une vitesse de pointe d’environ 60 km/h. En termes de géométrie du corps humain, le modèle montre que les meilleurs sprinteurs sportifs sont déjà très proches de leur vitesse optimale. En dehors des applications techniques comme les chaussures de course spéciales ou les exosquelettes, fournissant des leviers d’allongement ou une élasticité supplémentaire, seules des jambes plus longues ou des tendons plus élastiques permettraient des vitesses encore plus élevées.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Université de Cologne. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
