Как олимпийские атлеты выглядят на фоне беспозвоночных? Не очень впечатляюще

Олимпийцы годами тренируются, чтобы стать лучшими из лучших. Учёные и спортсмены десятилетиями изучали механику человеческого тела, чтобы наши элитные атлеты постоянно достигали большего, быстрее и сильнее.

Но как атлетические навыки человека сравниваются с навыками насекомых и паукообразных? Если учесть относительные размеры, становится ясно, что беспозвоночные имеют подавляющее преимущество.

Сила

Тяжёлая атлетика — распространённая мера человеческой силы. Штангисты соревнуются на Олимпиадах в двух дисциплинах: рывке и толчке.

Мировой рекорд в рывке среди мужчин (222 кг) принадлежит грузину Лаше Талахадзе. Сам Талахадзе весит около 175 кг, то есть он поднимает примерно в 1.25 раза больше собственного веса. Его считают величайшим (человеческим) супертяжеловесом в истории.

Если сравнить его достижение с тем, что беспозвоночные делают каждый день, оно выглядит менее впечатляюще. Крошечный почвенный клещ Archegozetes longisetosus может создавать силу сцепления, в 1,180 раз превышающую его вес. Муравей-портной может поднимать более чем в 100 раз больше собственного веса. Муравьи-листорезы ещё сильнее: инженеры установили, что их шеи выдерживают до 5,000 раз их собственного веса.

Грозная сила муравьёв и других мелких существ во многом обусловлена физикой масштаба. У мелких животных доля мышц выше, чем у крупных. Их маленькие тела представляют небольшую нагрузку для мышц, высвобождая силу для перемещения гораздо более тяжёлых объектов.

У крупных животных гораздо больше объёма и массы, а значит, их мышцы должны быть намного сильнее, чтобы поддерживать тот же уровень силы относительно веса тела. Если увеличить насекомое до размеров человека, оно было бы сильнее человека, но также было бы настолько тяжёлым, что не смогло бы удержаться на ногах.

Однако в соревновании на силу люди не полностью проигрывают. Когда дело доходит до перетягивания тяжёлых предметов, есть по крайней мере один человек, который может составить конкуренцию насекомым. Кевин Фаст, канадский священник, держит мировой рекорд по перетягиванию самого тяжёлого транспортного средства: в 2009 году он в одиночку сдвинул реактивный самолёт весом 188 тонн, что примерно в 1,000 раз больше его собственного веса.

Это почти столько же, сколько перемещает средний навозный жук (Onthophagus taurus), способный сдвинуть вес, в 1,141 раз превышающий его собственный.

Плавание

Кейт Кэмпбелл побила мировой рекорд среди женщин в плавании вольным стилем на 100 метров в 2017 году. Её скорость плавания чуть больше одной длины тела в секунду.

В воде, как и на суше, у насекомых значительное преимущество. Самое быстрое плавающее насекомое — вертячка, которая движется со скоростью 44.5 длины тела в секунду.

Тело вертячек идеально для быстрого плавания: яйцевидное, жёсткое, снижающее сопротивление, плюс большее соотношение мощности к весу, характерное для мелких насекомых.

Пловцы-люди прилагают огромные усилия, чтобы снизить сопротивление и двигаться быстрее. Кэмпбелл и её коллеги-олимпийцы носят высокотехнологичные гидрокостюмы, минимизирующие сопротивление. Производитель Speedo черпал вдохновение у самых эффективных позвоночных пловцов (акул и других рыб) для дизайна своих костюмов.

Бег

Бег — изначальный олимпийский вид спорта. Самый быстрый беспозвоночный заставляет его выглядеть бледно. Клещ Paratarsotomus macropalpis может преодолевать 322 длины тела в секунду, что эквивалентно тому, как если бы Болт бежал со скоростью 2,090 км/ч.

Уменьшенная масса насекомых — ключ к их эффективному бегу. У них также есть преимущество в виде шести ног, что позволяет быть особенно эффективными на пересечённой местности, так как они могут постоянно держать три ноги на земле для увеличения устойчивости.

Частота шагов также важна для быстрого движения многих насекомых. Самый быстрый муравей, Cataglyphis bombycina, делает 47 шагов в секунду, по сравнению с четырьмя шагами Усэйна Болта.

Прыжки в высоту

Многие беспозвоночные также отличные прыгуны. Блохи могут прыгать на высоту, в 150 раз превышающую длину их тела, а саранча — до 10 раз. Человек-прыгун, повторяющий достижение блохи, мог бы перепрыгнуть Эйфелеву башню.

Даже если бы человек мог перепрыгнуть Эйфелеву башню, он не пережил бы приземление. Как это возможно для насекомых? Опять же, в основном из-за их малого размера. Поскольку насекомые имеют гораздо меньшую массу, чем люди, они ударяются о землю с гораздо меньшей силой.

Способность к прыжкам сложна и включает свойства мышц, конструкцию ног и технику прыжка. По мере увеличения размеров животных абсолютная высота их прыжков имеет тенденцию увеличиваться. Насекомое никогда не сможет преодолеть 2.09 м, но относительно размеров своего тела они явные победители.

Как насекомые стали такими великолепными прыгунами? Чтобы бороться с сопротивлением и эффектами малого размера на скорость сокращения мышц, многие насекомые развили изящные адаптации для использования накопленной энергии.

Блохи и саранча развили механизмы, позволяющие катапультироваться в воздух, используя задние ноги как многосуставные рычаги. Их мышцы накапливают энергию в специальном белке, и когда энергия высвобождается, она действует как спиральная пружина, выбрасывая их вверх. Ногохвостки даже развили собственную катапультирующую часть тела — фуркулу. Её единственное назначение — подбрасывать их в воздух, чтобы избежать хищников.

Люди, с другой стороны, не полагаются на энергию, запасённую таким образом, для прыжка. И без этого дополнительного энергетического усилия мы никогда не сможем достичь таких высот.

Хотя мы вряд ли скоро увидим беспозвоночное на пьедестале почёта, а человек никогда не сможет бежать так же быстро, как клещ, наши олимпийцы — невероятные примеры пределов, которых могут достичь наши тела.