Ich bin kürzlich auf die seltsame Tatsache gestoßen, dass alle Tiere, die springen können, dies ungefähr auf die gleiche Höhe tun (innerhalb einer Größenordnung). Das Argument war, dass die Arbeit, die die Muskeln bei einer einzigen Kontraktion verrichten, proportional zu ihrer Masse ist, und die zum Springen erforderliche Energiemenge ist ebenfalls proportional zu ihrer Masse. Das sekundäre Problem der Energie könnte durch einen Ansatz gelöst werden, wie ihn der Schnellkäfer verwendet, bei dem sie die Energie langsam in ihrem Gehäuse speichern und sie dann schnell abgeben.
Ich bin Ingenieur, also ist mein erster Gedanke, dass eine Ratsche verwendet werden könnte, um diese Art von Begrenzung zu umgehen. Wenn ich einen Muskel 2-3 mal radeln könnte und eine Ratsche verwenden könnte, um diese Energie zu speichern, könnte ich 3x mehr Energie freisetzen und höher springen. Als Ingenieur scheint es ein Kinderspiel zu sein.
Aber ich kann anscheinend kein biologisches Beispiel für eine solche Ratsche finden. Das nächste, was ich finden konnte, waren die Muskelproteine, die überhaupt eine Kontraktion verursachen. Aber das passte nicht zu dem Bild der Struktur, die mir wichtig war, weil es buchstäblich Millionen dieser Ratschen waren und das Ergebnis sich „zu glatt“ für das Konzept anfühlte, nach dem ich suchte.
Meine Frage ist also, ob die Biologie eine Struktur hat, die wie folgt funktioniert:
Im Geiste denke ich an eine Ratsche, die ich mit 3-4 Hebelzügen herunterkurbeln und dann die ganze Energie auf einmal freisetzen könnte, aber ich bin offen für andere biologische Strukturen, die die oben genannten Anforderungen erfüllen.
Zuerst würde ich im Gegenzug fragen, warum die Aktin-Myosin-Kopplung nicht in Frage kommen sollte - die vielen Wiederholungen dieser kontraktilen Einheit kontrahieren nie genau zur gleichen Zeit, und ihre kombinierte Kontraktionskraft akkumuliert sich sicherlich ratschenartig über die Zeitskala von Mikrosekunden ( mit anderen Einheiten, die sich zusammenziehen, bevor sich vorherige Einheiten entspannt haben). Nur weil es viele von ihnen sind, ist es nicht weniger ratschenartig :)
Mit dieser Einschränkung und der Suche nach einem Beispiel im "Makromaßstab" ist mir jedoch nichts bekannt, was Ihrer Beschreibung entspricht. Wenn ich so darüber nachdenke, scheint es auch intuitiv, dass sich das nicht entwickeln würde.
Eine Ratsche, wie Sie sie beschreiben, sagen wir, die in der Lage ist, x Kontraktionen eines Muskels zur sofortigen Freisetzung zu speichern, kann auch als eine Reihe von x Muskelkontraktionen angesehen werden, die über die Zeit in Reihe geschaltet sind. Es wäre in der Leistung äquivalent, x Muskelkontraktionen über den Raum zu koppeln und alle gleichzeitig auszuführen. Mit anderen Worten, das x-fache Wachstum der Muskeln erzielt den gleichen Nutzen.
Wenn es um die Wahrscheinlichkeit der Evolution geht, was ist wahrscheinlicher: ein völlig neuer Mechanismus, um mechanische Energie über die Zeit zu speichern und den Aufbau zu ermöglichen, oder eine einfache Vervielfältigung desselben Gewebes? Die derzeit vorhandenen Muskeln beantworten diese Frage: Duplikation. Dies zeigt sich in den unterschiedlichen Strukturen, die Muskeln bei lebenden Arten haben (Muskeln bei Tieren, ähnliche Kontraktionsmechanismen anderswo).
Die kleinste kontraktile Einheit in den Muskeln sind Myosinköpfe, die an Aktinfilamente gekoppelt sind. Duplizieren Sie diese Einheit (wiederholt) in zwei Raumdimensionen, um eine Myofibrille zu erhalten . Multiplizieren Sie die Myofibrille viele Male und Sie erreichen eine einzelne Muskelfaser. Bei Fruchtfliegenlarven hört es hier auf – jeder Muskel besteht aus einer einzigen Faser. Wenn Sie jedoch bei der erwachsenen Fliege angelangt sind, bestehen die Muskeln, die die Flügel antreiben, aus einer Handvoll gepackter paralleler Fasern. Wenn Sie andere Wege entlang des Evolutionsbaums zu den Säugetieren gehen, landen Sie bei Muskeln, die aus Massen von Fasern bestehen, die in Faszikel gepackt sind, von denen viele in einen einzelnen Muskel gepackt sind. Wie oben beschrieben, haben Sie auf jeder Ebene eine „Vielratsche“, da sich Fasern und Faszikel nicht überall exakt gleichzeitig zusammenziehen.
Also ja, man könnte eine Ratsche entwickeln. Oder Sie könnten einfach einen größeren Muskel entwickeln. Wenn viele Tiere bei ungefähr derselben absoluten potenziellen Sprunghöhe aufhören, mehr Muskeln zu entwickeln, deutet dies für mich darauf hin, dass dies eine universell vorteilhafte Sprunghöhe ist, die sich für Landtiere entwickeln kann, unabhängig von der Körpergröße.
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