棒状昆虫研究显示了被动肌肉力量对快速运动的重要性

2019年1月10日11:15:51棒状昆虫研究显示了被动肌肉力量对快速运动的重要性已关闭评论
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动物学家对不同大小的肢体运动功能有了新的认识。诸如手臂或腿之类的长而重的肢体基本上与诸如手指之类的短而轻的肢体在执行快速运动的能力…

动物学家对不同大小的肢体运动功能有了新的认识。诸如手臂或腿之类的长而重的肢体基本上与诸如手指之类的短而轻的肢体在执行快速运动的能力方面不同。虽然中枢神经系统必须主动控制大肢的快速运动,但被动肌力足以满足小肢和轻肢的运动速度和运动幅度。这是由科隆大学的动物学家Ansgar Bueschges,Arndt von Twickel和Christoph Guschlbauer与来自俄亥俄大学的访问科学家Scott Hooper合作对粘虫进行的一项研究的结果。该论文现已发表在题为“小型肢体的摆动速度曲线可以从单独的拮抗肌肉的瞬态被动扭矩产生”的文章中。目前的生物学

Bueschges表示,在运动过程中有不同的基本速度水平,直到整个运动动作得到最佳执行,例如,如果我们在行走时观察腿部的摆动,那么摆动阶段将腿部带回下一步的起始位置。通过这种反馈,腿的摆动速度朝向末端减小,使得脚不会快速地接触。如果没有减速,下降时产生的力就会很大,以至于它会抵消下一步。我们的神经系统在诸如人腿等大肢体中产生这种减速。

然而,对于诸如昆虫骨骼的较小肢体,作者已经表明,在诸如摆动阶段的快速运动期间腿部的减慢与中枢神经系统无关。Von Twickel解释说,这是由于肢体的内在肌肉特征:'如果腿关节的伸肌被主动缩短以产生快速运动,则无效的屈肌必然会延长。在这种伸展过程中,屈肌发展出一种先前未知的动态被动力,这种被动力非常大,可以持续减慢运动到功能必要的水平。

在该研究中,作者将棒状昆虫腿的屈肌暴露于各种拉伸情形,并测量被动肌肉对不同伸展部分施加的动态力。然后,他们使用结果动态模拟腿关节的功能。由伸肌激活产生的屈肌的被动动态力能够产生对应于动物的速度分布的运动。

这些结果非常令人惊讶,并且与小肢体如何执行快速运动的广泛概念相矛盾。Bueschges得出结论:“我们已经知道很长一段时间被动肌肉力量对于小肢体的运动很重要,但是我们没想到它们的效果如此之大以至于它们可以确定运动的速度分布。这意味着主动肌肉及其对手必须完美地相互调整。我们正在更好地理解这种互动。