Vraag:
Waarom maken kleine organismen snellere bewegingen dan grote organismen?
Remi.b
2014-10-08 20:40:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik aarzelde om deze vraag te stellen omdat het zo voor de hand liggend en intuïtief lijkt. Ik kan deze neiging echter niet verklaren.

Achtergrond

Het lijkt mij dat kleine organismen snellere bewegingen maken dan grote organismen. Ik bedoel niet dat ze met hogere snelheid kunnen reizen (de cheetah is een groot dier en de snelste terrestrische soort), maar ik bedoel dat hun bewegingen snel en snel zijn en dat hun leden hoge versnelling.

Voorbeelden

Ik vermoed bijvoorbeeld dat de poten van een tijgerkever (clade van snelle sprinterkevers) (zie film) ondergaan een veel hogere versnelling dan de benen van een cheetah (het snelste aardse organisme op aarde) (zie film). Om het extreme te vermijden, zou ik denken dat de benen van een Drosophila (zie film) een hogere versnelling ondergaan dan de benen van een hond (zie film). Het organisme dat in staat is om de snelste versnelling te creëren, is de bidsprinkhaankreeft. Wikipedia zegt:

Beide soorten (smashers en spearers) slaan toe door hun roofklauwen snel uit te vouwen en naar de prooi te zwaaien, en kunnen ernstige schade toebrengen aan slachtoffers die aanzienlijk groter zijn dan zijzelf. In smashers worden deze twee wapens verblindend snel gebruikt, met een versnelling van 10.400 g (102.000 m / s2 of 335.000 ft / s2) en snelheden van 23 m / s vanuit stilstand. Omdat ze zo snel toeslaan, genereren ze cavitatiebellen tussen het aanhangsel en het slagvlak. Het instorten van deze cavitatiebellen produceert meetbare krachten op hun prooi naast de momentane krachten van 1.500 newton die worden veroorzaakt door de impact van het aanhangsel tegen het slagvlak, wat betekent dat de prooi tweemaal wordt geraakt door een enkele slag; eerst door de klauw en daarna door de ineenstortende cavitatiebellen die onmiddellijk volgen. Zelfs als de eerste aanval de prooi mist, kan de resulterende schokgolf voldoende zijn om de prooi te verdoven of te doden.

Merk ten slotte op dat Gabel en Berg (2003) laten zien dat de flagella tot 270 Hz kan roteren.

Vragen

  • Heb ik gelijk als ik denk dat kleine organismen de neiging hebben om maken snellere bewegingen dan grote organismen?

  • Zo ja: waarom maken kleine wezens snellere bewegingen?

    • Heeft het te maken met tijd voor chemische diffusie?
    • Heeft het te maken met mechanica? ($ F = ma $ ... Maar spieren zijn ook kleiner).
    • Heeft het te maken met de weerstand van biologische weefsels?
    • ...
Dit is misschien te verklaren met de natuurkunde, kracht = massa * versnelling, dus versnelling = kracht gedeeld door massa. Als de massa klein genoeg is, is er niet veel kracht nodig om grote versnellingen te krijgen. Hoewel kleinere spieren niet zoveel kracht genereren als de grotere spieren, kan hun verminderde massa toch een grotere versnelling mogelijk maken.
Spieren zijn ook veel kleiner, zodat het voor mij niet helemaal intuïtief is waarom de versnelling hoger is bij kleine organismen.
Juist, maar ik weet niet zeker hoe massa en kracht zich aanpassen aan de spieromvang. Massa zou lineair moeten schalen met het spiervolume, uitgaande van een constante dichtheid, maar krachtgeneratie zou niet op dezelfde manier kunnen schalen. Als kleinere spieren meer newton / gram kunnen produceren, kunnen ze hogere versnellingen produceren.
Ja inderdaad! Ik zou benieuwd zijn naar wat meer info om te zien of dit een plausibele verklaring is.
Ik denk dat dit misschien iets te maken heeft met de wet van Kleiber, die ongeveer waar is. Het stelt in feite dat grotere dieren een langzamer metabolisme hebben dan kleinere dieren. http://equation-of-the-month.blogspot.co.uk/2012/06/kleiber-law.html Als de wet van Kleiber waar is, zouden kleinere dieren meer beschikbare energie per massa-eenheid hebben in vergelijking met grotere dieren, waardoor ze hebben relatief grote kinetische energieën.
Twee antwoorden:
Umut Eser
2014-10-09 00:38:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het is een algemeen fenomeen dat de tijdschaal correleert met de omvang van complexe systemen. Energieverbruik is de belangrijkste zorg bij het omgaan met de snelheid voor biologische organisaties. In absolute zin heeft een schildpad een hogere snelheid dan een kleine bug. Maar op basis van hun afmetingen lijkt de bug veel sneller en sneller. We moeten dus de snelheid normaliseren met de maatschaal die we tijdelijk 'snelheid' kunnen noemen.

Hier is de relatie tussen de snelheid en de massa:

enter image description here

Waar u de snelheid van het organisme is, M is massa, alfa is een constante waarvan we aannemen dat de metabolische energie gerelateerd is aan de lichaamsmassa van het organisme met een machtswet.

De de laatste vergelijking zegt dat als alpha> 1,67, de grotere sneller zou zijn. Maar onze waarneming vertelt ons dat hoe kleiner hoe sneller. Daarom kennen we alpha < 1.67. In feite vertelt de wet van Kleiber ons dat de alfa is ongeveer 0,75.

Je kunt hier

enkele getallen bekijken die betrekking hebben op sommige dieren
Jason Patterson
2014-10-09 00:28:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Een toename van de lineaire dimensie met $ x $ veroorzaakt een toename van $ x ^ 3 $ in volume en massa. De kracht die een spier kan genereren, schaalt ruwweg mee met het dwarsdoorsnedegebied van de spier, een toename van $ x ^ 2 $ voor een spier die is geschaald met een factor $ x $.

Dit betekent dat grotere dieren proportioneel grotere spieren nodig hebben (met een factor $ \ sqrt {x} $) om de kracht te bereiken die nodig is om een ​​bepaalde versnelling te genereren. Dit wordt vrij snel onpraktisch, dus we doen het gewoon met minder versnelling.

Als je een mier van 1 cm overweegt die op menselijke maat is geschaald zonder andere aanpassingen (een 200-voudige toename), zou dat 8.000.000 keer zijn zwaarder, maar zijn spieren zouden slechts 40.000 keer sterker zijn. Het mag dan ongeveer 50 keer sterker zijn begonnen dan een mens, massa-voor-massa, maar op menselijke schaal is het slechts 1 / 4e zo sterk; het zou nauwelijks kunnen bewegen.

Er zijn andere biomechanische factoren die de snelheid kunnen beïnvloeden, wat ook de voorkeur heeft voor kleinere wezens. Een voorbeeld is het vermogen van bidsprinkhaankreeften om hoeveelheden mechanische energie op te slaan die op hun schaal vrij groot zijn in de kromming van hun exoskelet (zoals energie opslaan in de bladveer van een auto). Soortgelijke energieopslag op menselijke schaal is gewoon niet praktisch.



ⓘ
Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...