¿Por qué los humanos modernos tienen el tamaño ideal para moverse?

El animal más rápido en tierra es el guepardo, capaz de alcanzar la mayor velocidad 104 kilómetros por horaEn el agua, los animales más rápidos son el rabil y el peto, que puede alcanzar la velocidad 75 y 77 kmph respectivamente. En el aire, el título de vuelo nivelado más rápido (excepto en picado) es para el vencejo de cola de aguja de garganta blanca. más de 112 kilómetros por hora,

¿Qué tienen en común todas estas criaturas que se mueven rápidamente? Ninguno de ellos es particularmente grande o particularmente pequeño para el grupo de animales que representan. De hecho, todos ellos son de tamaño intermedio.

La razón de esto es un poco misteriosa. A medida que aumenta la masa de animales, también cambian muchas características biológicas. Por ejemplo, en general, la longitud de las piernas aumenta continuamente. Pero está claro que las piernas largas no son la respuesta, porque los animales terrestres más grandes, como los elefantes, no son los más rápidos.

Pero mis colegas y yo hemos dado un paso importante hacia la resolución de este misterio. usando un Modelo virtual escalable del cuerpo humano.Pudimos rastrear el movimiento de las extremidades y los músculos, descubrir las causas que limitan el movimiento y obtener información importante sobre la evolución de la forma humana a lo largo de miles de años. las conclusiones son publicado en el diario comunicación de la naturaleza,

De un humano del tamaño de una rata a un humano gigante

Desde principios de la década de 2000, los científicos han estado construyendo abresim- Un modelo virtual del cuerpo humano, disponible gratuitamente, completo con todos sus huesos, músculos y tendones.

Este modelo ha sido utilizado varios científicos Estudios para ayudar a comprender el movimiento humano, explorar la ciencia del ejercicio y modelar los efectos de la cirugía en los tejidos blandos.

En 2019, un grupo de investigadores belgas dio un paso más y Simulaciones basadas en física creadas. Utilizando OpenSim. En lugar de decirle al modelo cómo moverse, le dijeron que se moviera a cierta velocidad. Luego, el modelo descubrió qué combinación de músculos activar para poder caminar o correr a la velocidad prescrita.

Pero ¿qué pasa si vamos aún más lejos y reducimos el modelo al tamaño de un ratón? ¿O qué pasaría si escalamos el modelo al tamaño de un elefante? Entonces podríamos ver qué modelos podían funcionar y a qué velocidad.

Eso es exactamente lo que hizo mi equipo. Tomamos el modelo humano estándar (75 kg) y fabricamos modelos cada vez más pequeños, de hasta 100 g. También hicimos los modelos más grandes, hasta 2000 kilogramos y los desafiamos a correr lo más rápido que pudieran.

conseguir la masa correcta

Cuando hicimos esto, sucedieron varias cosas interesantes.

Al principio, el modelo de 2.000 kg no podía moverse. Tampoco podría hacerlo el modelo de 1.000 kg. De hecho, el modelo más grande que podía caminar pesaba 900 kilogramos, lo que sugiere el límite superior de la forma humana. Para ir más allá de este tamaño, debemos cambiar el tamaño.

También descubrimos que el modelo más rápido no era ni el más grande ni el más pequeño. En cambio, pesaba unos 47 kilogramos, el mismo peso que un guepardo promedio. Es importante destacar que pudimos mirar debajo del capó y ver por qué fue así.

La curva que explica la forma de la velocidad máxima al caminar con masa tiene la misma forma que la curva que explica la fuerza máxima del suelo con masa. Lo que esto significa es: para ir más rápido, debes empujar más fuerte del suelo.

Entonces, ¿por qué los modelos más grandes no pueden despegar con más fuerza del suelo? Parecía que los modelos más grandes estaban limitados por sus músculos.

La capacidad de un músculo para producir fuerza depende del área de la sección transversal de ese músculo. Y a medida que los animales aumentan de tamaño, Su masa muscular aumenta rápidamente. en comparación con su área de sección transversal.

Esto significa que los animales más grandes tienen músculos relativamente más débiles. Los músculos comienzan a "maximizarse" por encima de la velocidad máxima, por lo que el modelo tiene que reducir la velocidad.

Los glaciares antárticos del 'día del juicio final' se derriten más rápido de lo esperado, lo que aumenta la demanda de geoingeniería

En el otro extremo del espectro, los modelos en miniatura tienen músculos relativamente fuertes, pero tienen problemas de gravedad. Son muy ligeros. Intentan aplicar fuerza al suelo para generar mayor fuerza, pero esto hace que su cuerpo despegue antes del suelo.

Para intentar generar más fuerza en el suelo, doblan sus extremidades, como las ratas o los gatos. Esto les permite permanecer en el suelo por más tiempo y generar más fuerza, como ocurre cuando saltas desde una posición de pie. Pero lleva tiempo. Y cuanto más tardes en generar fuerza, más lento será tu progreso y aun así no correrás más rápido.

Entonces comienza un equilibrio entre la fuerza del suelo y la frecuencia de la zancada, y no termina hasta que alcanzas el tamaño intermedio, donde tu masa es la adecuada.

tan pronto como lleguemos

¿Qué podría decir todo esto sobre la evolución humana?

Sabemos a lo largo de la historia que el tamaño de los humanos modernos y de las especies humanas extintas -un grupo colectivo conocido como "homínidos"- ha variado considerablemente, desde los aproximadamente 30 kg del Australopithecus afarensis que existía hace unos 3,5 millones de años, hasta los aproximadamente 80 kg del Homo erectus. . Hace 2 millones de años.

Por lo general, existe una tendencia a que la masa corporal aumente y posiblemente también nuestra velocidad de carrera. El Homo naledi, que existió hace unos 300.000 años y pesaba unos 37 kilogramos, y el Homo floresiensis, que existió hace unos 50.000 años y pesaba unos 27 kilogramos, debieron sacrificar algo de velocidad por su menor tamaño.

masa corporal promedio Los humanos adultos modernos pesan alrededor de 62 kg, un poco más que el peso máximo de 47 kg encontrado por nuestro modelo, pero aún cerca de ese tamaño ideal.

Curiosamente, muchos de nuestros corredores de larga distancia más rápidos, como Eliud Kipchoge, pesan alrededor de 50 kg.

Entonces, según nuestra nueva investigación, ahora sabemos que los humanos hoy en día somos tan rápidos como podemos serlo, sin cambios importantes en el tamaño de nuestros músculos.

Este artículo se republica desde Conversación Bajo licencia Creative Commons. leer el artículo original,