שְׁאֵלָה:
מדוע אורגניזמים קטנים מבצעים תנועות מהירות יותר מאשר אורגניזמים גדולים?
Remi.b
2014-10-08 20:40:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

היססתי לשאול את השאלה הזו משום שהיא נראית כה ברורה ואינטואיטיבית. עם זאת, אני לא מסוגל להסביר את הנטייה הזו.

רקע

נראה לי שאורגניזמים קטנים מבצעים תנועות מהירות יותר מאשר אורגניזמים גדולים. אני לא מתכוון שהם מסוגלים לנסוע במהירות גבוהה יותר (ה ברדלס הוא בעל חיים גדול והוא המין הארצי המהיר ביותר) אבל אני מתכוון שתנועתם מהירה, מהירה וחבריהם עוברים גבוה האצה.

דוגמאות

הייתי מנחש למשל שרגליו של חיפושית נמר (לבוש של חיפושיות אצן מהיר) (ראה סרט) עוברים האצה גבוהה בהרבה מרגליים של צ'יטה (האורגניזם הארצי המהיר ביותר על פני כדור הארץ) (ראה סרט). כדי להימנע מלקחת את הקיצוניות, הייתי חושב שרגלי דרוזופילה (ראה סרט) עוברות תאוצה גבוהה יותר מרגליים של כלב (ראה סרט). האורגניזם שמסוגל ליצור את התאוצה המהירה ביותר הוא שרימפס הגמליים. ויקיפדיה אומר:

שני הסוגים (המנפצים והרומחים) פוגעים על ידי התגלגלות מהירה והנפת ציפורני הרפטוריה שלהם אל הטרף, ומסוגלים לגרום נזק חמור לקורבנות בגודל גדול משמעותית מעצמם. במנפצים, שני כלי נשק אלה משמשים במהירות מסנוורת, עם תאוצה של 10,400 גר '(102,000 מ' / ס 'או 335,000 רגל / ס') ומהירות של 23 מ 'לשנייה מתחילת העמידה. מכיוון שהם פוגעים כל כך מהר, הם יוצרים בועות של cavitation בין התוספת למשטח הבולט. קריסת בועות הקוויטציה הללו מייצרת כוחות מדידים על טרפם בנוסף לכוחות המיידיים של 1,500 ניוטונים הנגרמים מהשפעת התוספתן על פני השטח המכה, מה שאומר שהטרף נפגע פעמיים ממכה אחת; תחילה על ידי הטופר ואז על ידי בועות הקוויטציה המתמוטטות שמיד אחריו. גם אם השביתה הראשונית מפספסת את הטרף, גל ההלם שנוצר יכול להספיק כדי להדהים או להרוג את הטרף.

לבסוף, שים לב ש Gabel and Berg (2003) להראות כי הדגל יכול להסתובב עד 270 הרץ.

שאלות

  • האם אני צודק לחשוב שאורגניזמים קטנים נוטים לבצע תנועות מהירות יותר מאשר אורגניזמים גדולים?

  • אם כן: מדוע יצורים קטנים מבצעים תנועות מהירות יותר?

    • האם זה קשור לזמן דיפוזיה כימית?
    • האם זה קשור למכניקה? ($ F = ma $ ... אבל גם השרירים קטנים יותר).
    • האם זה קשור להתנגדות של רקמות ביולוגיות?
    • ...

אפשר להסביר את זה בפיזיקה, כוח = מסה * תאוצה, ולכן תאוצה = כוח חלקי מסה. אם המסה קטנה דיה, לא יידרש כוח רב כדי לקבל תאוצות גדולות. בעוד ששרירים קטנים יותר לא ייצרו כוח כמו השרירים הגדולים יותר, המסה המופחתת שלהם עשויה עדיין לאפשר תאוצה גדולה יותר.
גם השרירים קטנים בהרבה, כך שזה לא לגמרי אינטואיטיבי בעיני למה האצה גבוהה יותר באורגניזמים קטנים.
נכון, אבל אני לא בטוח איך המידה והכוח מתרחבים עם גודל השריר. המסה צריכה להתמקד בצורה לינארית עם נפח השריר, בהנחה שצפיפות קבועה, אך ייצור הכוח עשוי שלא להתמקד באותה צורה. אם שרירים קטנים יותר יכולים לייצר יותר ניוטונים / גרם, הם עלולים לייצר תאוצות גבוהות יותר.
אכן כן! הייתי סקרן לקבל מידע נוסף כדי לראות אם זה הסבר מתקבל על הדעת.
אני חושב שזה יכול להיות קשור לחוק של קלייבר שהוא נכון בערך. זה בעצם קובע שלבעלי חיים גדולים יותר יש חילוף חומרים איטי יותר מאשר לבעלי חיים קטנים יותר. http://equation-of-the-month.blogspot.co.uk/2012/06/kleiber-law.html אם החוק של קלייבר נכון, אז לבעלי חיים קטנים יותר תהיה יותר אנרגיה חד פעמית ליחידת מסה בהשוואה לבעלי חיים גדולים יותר שיאפשרו שיש להם אנרגיות קינטיות יחסית גדולות.
שתיים תשובות:
Umut Eser
2014-10-09 00:38:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

זו תופעה כללית שסולם הזמן מתואם לסולם הגודל של מערכות מורכבות. צריכת אנרגיה היא הדאגה העיקרית העוסקת במהירות בארגונים ביולוגיים. במובן המוחלט, לצב יש מהירות גבוהה יותר מאשר לבאג קטן. אך בהתבסס על גודלם, הבאג נראה הרבה יותר מהיר ומהיר. אז אנחנו צריכים לנרמל את המהירות בסולם הגודל שאנו יכולים לקרוא לה 'יציבות' באופן זמני.

הנה הקשר בין הצום למסה:

enter image description here

כאשר u מהירות האורגניזם, M הוא מסה, אלפא הוא קבוע שאנו מניחים שהאנרגיה המטבולית קשורה למסת הגוף של האורגניזם עם חוק כוח.

המשוואה הסופית אומרת שאם אלפא> 1.67 אז הגדול יותר יהיה מהיר יותר. אבל התצפית שלנו אומרת לנו שככל שהוא קטן יותר מהר יותר. לכן, אנו מכירים את אלפא < 1.67. למעשה חוק קלייבר אומר לנו שהאלפא הוא בערך 0.75.

אתה יכול לבדוק כמה מספרים שקשורים לחיות מסוימות כאן

Jason Patterson
2014-10-09 00:28:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

עלייה במימד ליניארי ב- $ x $ גורמת לעלייה של $ x ^ 3 $ בנפח ובמסה. הכוח ששריר יכול לייצר קשקשים גס עם שטח החתך של השריר, עלייה של $ x ^ 2 $ עבור שריר המוגדל בפקטור של $ x $.

משמעות הדבר היא שבעלי חיים גדולים יותר זקוקים לשרירים גדולים באופן יחסי (לפי גורם של $ \ sqrt {x} $) בכדי להשיג את הכוח הנדרש לייצור כל תאוצה נתונה. זה הופך לבלתי מעשי די מהר, אז אנחנו פשוט מסתפקים בהאצה פחותה.

אם אתה מחשיב נמלה בגודל 1 ס"מ מוגדלת לגודל אנושי ללא שינויים אחרים (עלייה של פי 200), זה יהיה פי 8,000,000 מסיבי יותר אך שריריו יהיו חזקים פי 40,000 בלבד. יתכן שזה התחיל פי 50 חזק יותר מאדם, המוני למסה, אבל בקנה מידה אנושי, זה רק 1/4 חזק יותר; הוא בקושי יוכל לנוע כלל.

ישנם גורמים ביו-מכניים אחרים שיכולים להשפיע על המהירות שמעדיפים גם יצורים קטנים יותר. דוגמה אחת היא היכולת של שרימפס גמל שלמה לאחסן כמויות של אנרגיה מכנית שהן גדולות למדי בקנה המידה שלהן בעיקול השלד החיצוני שלהן (כמו אחסון אנרגיה בקפיץ העלים של המכונית.) אחסון אנרגיה דומה בקנה מידה אנושי פשוט אינו מעשי.



שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 3.0 עליו הוא מופץ.
Loading...