棒狀昆蟲(chóng)研究顯示了被動(dòng)肌力對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的重要性

諸如手臂或腿之類的長(zhǎng)而重的肢體基本上與諸如手指之類的短而輕的肢體在執(zhí)行快速運(yùn)動(dòng)的能力方面不同。雖然中樞神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)主動(dòng)控制大肢的快速運(yùn)動(dòng)，但被動(dòng)肌力足以滿足小肢和輕肢的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)幅度。這是由科隆大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家Ansgar Bueschges，Arndt von Twickel和Christoph Guschlbauer與來(lái)自俄亥俄大學(xué)的訪問(wèn)科學(xué)家Scott Hooper合作對(duì)粘蟲(chóng)進(jìn)行的一項(xiàng)研究的結(jié)果。該文章“小肢體的擺動(dòng)速度曲線可以從單獨(dú)的拮抗肌肉的瞬態(tài)被動(dòng)扭矩中產(chǎn)生”，已發(fā)表在Current Biology上。

Bueschges說(shuō)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有不同的基本速度水平，直到整個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作得到最佳執(zhí)行。例如，如果我們?cè)谛凶邥r(shí)觀察腿部的擺動(dòng)，則擺動(dòng)階段會(huì)使腿部回到下一步的起始位置。通過(guò)這種反饋，腿部的擺動(dòng)速度朝向末端減小，因此腳不會(huì)快速降落。如果沒(méi)有減速，下降時(shí)產(chǎn)生的力就會(huì)很大，以至于它會(huì)抵消下一步。的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生該減速大肢體如人的腿。

然而，對(duì)于較小的肢體，例如昆蟲(chóng)腿，作者已經(jīng)表明，在諸如擺動(dòng)階段的快速運(yùn)動(dòng)期間腿的減慢與中樞神經(jīng)系統(tǒng)無(wú)關(guān)。Von Twickel解釋說(shuō)，這是由于肢體的內(nèi)在肌肉特征：“如果腿關(guān)節(jié)的伸肌被主動(dòng)縮短以產(chǎn)生快速運(yùn)動(dòng)，則非活動(dòng)的屈肌必然會(huì)延長(zhǎng)。在這種伸展期間，屈肌發(fā)展為以前未知的動(dòng)態(tài)被動(dòng)力，它是如此之大，以至于它可以不斷減慢運(yùn)動(dòng)到功能必要的水平。“

在該研究中，作者將棒狀昆蟲(chóng)腿的屈肌暴露于各種拉伸情形，并測(cè)量被動(dòng)肌肉對(duì)不同伸展部分施加的動(dòng)態(tài)力。然后，他們使用結(jié)果動(dòng)態(tài)模擬腿關(guān)節(jié)的功能。由伸肌激活產(chǎn)生的屈肌的被動(dòng)動(dòng)態(tài)力能夠產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于動(dòng)物的速度分布的運(yùn)動(dòng)。

這些結(jié)果非常令人驚訝，并且與小肢體如何執(zhí)行快速運(yùn)動(dòng)的廣泛概念相矛盾。Bueschges得出結(jié)論：“我們已經(jīng)知道很長(zhǎng)一段時(shí)間被動(dòng)肌肉力量對(duì)于小肢體的運(yùn)動(dòng)很重要，但是我們沒(méi)想到它們的效果如此強(qiáng)大以至于它們可以確定運(yùn)動(dòng)的速度分布。這意味著積極的肌肉和對(duì)手必須完美地相互調(diào)整。我們正在更好地理解這種互動(dòng)。“

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