Почему мелкие млекопитающие периодически двигаются?

Краткий ответ
Прерывистая локомоция может улучшить обнаружение добычи хищниками (например, крысами), в то же время это может привести к снижению скорости нападения животных-жертв (например, крыс и бурундуков). Это может также увеличить физическую выносливость .

Исходная информация
Вместо того, чтобы непрерывно перемещаться в окружающей среде, многие животные прерывают свое передвижение частыми короткими паузами. Паузы увеличивают время, необходимое для прохождения заданного расстояния, и добавляют затраты на ускорение и замедление к энергетическим затратам на передвижение. С точки зрения адаптации пауза должна давать преимущества, которые перевешивают затраты (Adam & Kramer, 1998) .

Одним из потенциальных преимуществ паузы является повышенное обнаружение добычи хищниками. Более низкая скорость движения, вероятно, улучшает обнаружение добычи, предоставляя больше времени для сканирования заданного поля зрения.

Вторым правдоподобным преимуществом является снижение скорости нападения хищников. Многие хищники с большей вероятностью нападут на движущуюся добычу, возможно, потому, что такую ​​добычу легче обнаружить или распознать. Действительно, неподвижность («замирание») является широко распространенной реакцией добычи, обнаружившей хищника.

Третьим преимуществом может быть повышенная выносливость . Для животных, движущихся быстрее, чем их аэробно устойчивые скорости, максимальное расстояние бега можно увеличить, делая паузы. Эти паузы позволяют выводить лактат из мышц за счет аэробных механизмов.

PS: Если вы имеете в виду под «быстрым» не только то, что маленькие животные двигаются с перерывами, но и «быстрые», то ответы Remi.b хорошо освещают историю, почему маленькие твари быстры. В основном все сводится ко второму закону Ньютона , а именно ускорение обратно пропорционально массе ( a = F/m ), а размер мышечной силы — нет . Следовательно, более крупные животные имеют большую массу и нуждаются в гораздо большем усилии для ускорения с той же скоростью. Это наращивание силы требует времени (вы когда-нибудь были свидетелями вертикального взлета космического челнока?). Следовательно, маленькие существа ускоряются быстрее и позволяют им двигаться «быстро».

<sub>Ссылка
- Адам и Крамер, Аним Бехав ( 1998); 55 : 109–117</sub>

В дополнение к превосходному ответу @AliceD я хотел бы добавить, что простая механистическая связь между размером тела и «быстростью» может объяснить наблюдаемую закономерность.

Основы биофизики

Разница в скорости может быть результатом разницы в способности ускорять движения.

Увеличение размера тела в одном измерении (= длина тела)$x$весы с увеличением объема и массы порядка$x^3$. Мышечная сила зависит от площади поперечного сечения мышцы и, следовательно, линейного увеличения$x$, прочность увеличивается на$x^2$.

Копаясь в школьных лекциях по физике,$F=Ma \left(\text{or } a=\frac{F}{M}\right)$, куда$F$это сила,$M$масса и$a$ускорение. С увеличением$x$индивидуального размера (по одному измерению, длине человека, если хотите), сила увеличивается на$x^2$а масса увеличивается на$x^3$, поэтому ускорение умножается на$\frac{x^2}{x^3} = \frac{1}{x}$. Конечно, в природе не все так просто, но если предположить, что зависимость между ускорением движений и размерами тела (=длиной тела) должна выглядеть так:

Животное в 4 раза больше должно ускорять руки и ноги в 4 раза меньше.

В отличие от ответа @AliceD

@AliceD перечислил правдоподобные гипотезы о том, почему у мелких животных может быть выбор для быстрого движения, но более простого объяснения, основанного на физических свойствах тел, может быть достаточно, чтобы объяснить наблюдаемую закономерность. Было бы интересно точно знать, как в природе выглядит взаимосвязь между размером тела (= длина тела) и «быстростью», чтобы продолжить это обсуждение.

Забавные факты

Креветка - богомол (см. рисунок ниже) способна разогнать свои клешни до 10 400 г ( ссылка ). Подробнее о g (единице ускорения) здесь . Короче говоря, обычный человек может поддерживать до 5G. 10 400 г — это просто безумие! Для сравнения: бейсбольный мяч получает ускорение, которое составляет лишь треть от ускорения клешней креветки-богомола. Креветки-богомолы используют свои клешни, чтобы разламывать моллюски. Вот видео . Согласно википедии , из-за трения когтей о воду образуются маленькие пузырьки, температура на краях которых может достигать нескольких тысяч градусов.

Судя по всему, жало медузы может весить до 5 400 000 г ( ссылка ), что примерно в 30 раз больше, чем у пули. Вы найдете список примеров вещей, которые подвергаются различным уровням ускорения в этом списке википедии .

Гипотеза непрофессионала, но... Похоже, что животное, использующее прерывистые движения, чередует состояния, когда его трудно увидеть, и состояние, когда его трудно поймать, с некоторой степенью безопасности в обоих случаях. Работа в более медленном, устойчивом темпе не дает ни одного из этих преимуществ и значительно снижает безопасность.

Интересно, подходит ли слово "мелкие млекопитающие"? Очевидными примерами являются грызуны. Также расплывчато: кошки малы по сравнению с лошадьми, но не перемежаются.

Может быть, другой способ взглянуть на это: «Когда/почему животное использует свою максимальную скорость?» Грызуны, кажется, делают это как обычное передвижение, большинство млекопитающих делают это только при активном бегстве или преследовании.

Маленькие ящерицы кажутся в этом отношении более похожими на грызунов, чем на не совсем мелких млекопитающих.