受動的な関節力は、昆虫での手足の使用に合わせて調整され、運動活動なしで動きを駆動します

背景：四肢の動きは、一般に、筋肉やその他の構造で生じる受動力との関係と反対の活動的な筋肉の収縮によって駆動されます。比較的重い手足では、重力と慣性の影響が支配的ですが、軽い手足では、肢に固有の受動力がより大きな結果をもたらします。筋肉と腱によって生成された受動力の役割はよく理解されていますが、関節自体に由来する力も重要である可能性があり、これらの関節力が進化を通じて適応して、同じジョイント。 結果：拮抗薬筋肉の異なる配置を持つ昆虫の脚における受動的関節力の役割を調べました。最初に、受動力が作業範囲を越えて関節の活発に生成された動きを修正し、自然な挙動で観察される活性運動よりも速い完全に受動的な動きを生成するのに十分な強さであることを示します。さらに、これらの力のいくつかが関節自体内で発生することを実証します。さまざまな用途（歩行、ジャンプ）に適応したさまざまな種の脚では、これらの受動的な関節力は、関節に作用する拮抗薬筋肉の強度のバランスを補完します。受動的な関節力は、2つの拮抗薬筋肉の弱い方を支援する場所が強いことを示しています。 結論：重要な行動の指示が筋肉力の非対称性を生成する手足では、受動的な関節力を合わせて、他の行動の効果的な世代に必要なバランスを提供することができます。

BACKGROUND: Limb movements are generally driven by active muscular contractions working with and against passive forces arising in muscles and other structures. In relatively heavy limbs, the effects of gravity and inertia predominate, whereas in lighter limbs, passive forces intrinsic to the limb are of greater consequence. The roles of passive forces generated by muscles and tendons are well understood, but there has been little recognition that forces originating within joints themselves may also be important, and less still that these joint forces may be adapted through evolution to complement active muscle forces acting at the same joint. RESULTS: We examined the roles of passive joint forces in insect legs with different arrangements of antagonist muscles. We first show that passive forces modify actively generated movements of a joint across its working range, and that they can be sufficiently strong to generate completely passive movements that are faster than active movements observed in natural behaviors. We further demonstrate that some of these forces originate within the joint itself. In legs of different species adapted to different uses (walking, jumping), these passive joint forces complement the balance of strength of the antagonist muscles acting on the joint. We show that passive joint forces are stronger where they assist the weaker of two antagonist muscles. CONCLUSIONS: In limbs where the dictates of a key behavior produce asymmetry in muscle forces, passive joint forces can be coadapted to provide the balance needed for the effective generation of other behaviors.