تتميز حيوانات الكنغر بشكلها الفريد وأسلوب حركتها المميز. عند السرعات المنخفضة، تستخدم هذه الحيوانات مشية خماسية الأرجل؛ حيث تلامس أطرافها الأمامية والخلفية وذيلها الأرض، بينما عند السرعات العالية تستخدم مشيتها المميزة بالقفز، ويمتد هذا التميز ليشمل مقدار الطاقة المستهلكة المطلوبة لاتخاذ هذه الحركات، وفق نتائج دراسة جديدة.
حقق فريق الدراسة من جامعة صن شاين كوست الأسترالية، تقدماً ملحوظاً في فهم كيفية زيادة سرعة قفز الكنغر دون تكبّد تكلفة إضافية من الطاقة المبذولة.
وأظهرت دراستهم، المنشورة في مجلة «إي لايف (eLife)» أن تغير وضعية الكنغر عند السرعات العالية يزيد من إجهاد أوتار القدم ومن عملية تخزين الطاقة واستعادتها، وأن عملية التخزين والاستعادة المتزايدة للطاقة تعادل القوة العضلية المطلوبة عند زيادة السرعة.
توضح لورين ثورنتون، الباحثة الرئيسية في الدراسة من كلية العلوم والتكنولوجيا والهندسة، جامعة صن شاين كوست، أن فرضية «تكلفة توليد القوة»، التي تم تطويرها في دراسة سابقة، «تشير إلى أنه كلما زادت سرعة حركة الحيوانات وقلّ زمن ملامستها للأرض، زادت تكلفة الطاقة المبذولة، لكن حيوانات الكنغر تخالف هذا الاتجاه».
وتضيف: «لا تزال الآليات الكامنة وراء قدرة حيوانات الكنغر على فصل سرعة قفزها عن تكلفة الطاقة غير واضحة، لذلك شرعنا في معالجة هذا الأمر من خلال دراسة حركة أطرافها الخلفية، والقوى التي تؤثر على هذه الحركة أثناء قفزها بسرعات مختلفة».
يقول محررو «eLife» إن البحث يقدم أدلة دامغة للمساعدة في الإجابة عن هذا السؤال الذي طال أمده في ميكانيكا الحركة الحيوية، ويمهد الطريق لمزيد من الدراسات للتحقق بشكل أدق من كيفية ارتباط سرعات قفز الكنغر بالتكلفة الأيضية للطاقة.
ابتكرت ثورنتون وزملاؤه نموذجاً ثلاثي الأبعاد للجهاز العضلي الهيكلي للكنغر، بالاعتماد على بيانات التقاط الحركة ثلاثية الأبعاد ولوحة قياس القوة - المتعلقة بالقوة المبذولة على الأرض أثناء القفز - لتحليل حركات الكنغر الأحمر والرمادي.
باستخدام هذا النموذج، قيّموا كيفية تأثير كتلة جسم الحيوان وسرعته على شكله وحركته أثناء القفز، وما يرتبط بها من إجهاد على أوتار عضلات بسط الكاحل؛ وجهد الكاحل المبذول.
وكشفت تحليلاتهم أن وضعية الطرف الخلفي للكنغر تتغير بتغير كتلة الجسم وسرعته، وأن الطرف الخلفي كان أكثر انحناءً مع زيادة سرعة الحركة.
وأظهر تحليل طاقة مفاصل الكنغر أن معظم العمل والطاقة التي يبذلها الحيوان في كل قفزة في الطرف الخلفي تُؤدى بواسطة مفصل الكاحل. ومع ازدياد انحناء الطرف الخلفي مع زيادة السرعة، انخفضت الطاقة الحركية المرنة للكاحل.
تقول ثورنتون: «وجدنا أنه كلما زادت سرعة قفز الكنغر، زاد انحناؤه، ويعود ذلك أساساً إلى تغيير زوايا مفصلي الكاحل ومشط القدم السلامي، مما يُقلل من الطاقة الحركية المرنة للكاحل. ونتيجة لذلك، يزداد إجهاد وتر أخيل، وبالتالي تزداد كمية الطاقة المرنة التي يمكنه تخزينها وإعادتها في كل قفزة».
وتضيف: «وجدنا أن هذا يساعد الكنغر على الحفاظ على نفس مقدار صافي العمل عند الكاحل، ونفس مقدار العمل العضلي، بغض النظر عن السرعة».
