東京奧運(yùn)會(huì)上一項(xiàng)備受矚目的田徑賽事是男子100米短跑。頂級(jí)短跑運(yùn)動(dòng)員的跑步速度幾乎可以達(dá)到40公里/小時(shí)。不過，這與動(dòng)物王國的短跑成績相比真不算什么——只相當(dāng)于一只家貓的最高時(shí)速。獵豹的速度(超過100公里/小時(shí))是人類的兩倍多，甚至羚羊(90公里/小時(shí))、疣豬和野兔(二者速度略低于60公里/小時(shí))都比人類跑得快。
實(shí)際上，許多4條腿的哺乳動(dòng)物跑得比兩條腿的人快得多。而且，苗條的體型、長腿和特別靈活的脊柱，也幫獵豹或羚羊等動(dòng)物在跑步時(shí)達(dá)到很快的速度。近日，德國研究人員開發(fā)了一個(gè)模型，通過綜合這些因素，可以計(jì)算出任何體型動(dòng)物的最快奔跑速度。相關(guān)論文近日發(fā)表于《理論生物學(xué)期刊》。
為什么中型動(dòng)物能達(dá)到自然界的最快速度?哪些主要特征決定了最快奔跑速度?什么特征會(huì)限制速度?為了回答這些問題，斯圖加特大學(xué)的Michael Gunther帶領(lǐng)研究人員描述了生物體的形狀如何隨著身體大小的變化而變化以實(shí)現(xiàn)高速奔跑，以及特定的形狀如何影響其所能達(dá)到的最快速度。
研究人員表示，經(jīng)典例子是老鼠和大象。老鼠永遠(yuǎn)無法達(dá)到大象的體型，因?yàn)樗鼈兊墓穷^會(huì)在如此龐大的重量下斷裂。相比之下，大象的骨骼更厚、更重，腿也更長、更直。然而，沉重的骨骼和直腿限制了大象的最快速度，它們的速度遠(yuǎn)低于獵豹——盡管大象的腿比其長得多。
然而，最快速度不僅取決于體型，還取決于結(jié)構(gòu)，比如腿的數(shù)量和脊柱的靈活性。例如，許多4條腿的哺乳動(dòng)物能夠達(dá)到比人類和鳥類等兩足動(dòng)物更快的跑步速度，因?yàn)樗鼈兛梢岳密|干肌肉的推進(jìn)來飛奔。
“然而，如果動(dòng)物太重，即使再有力的肌肉也無濟(jì)于事，因?yàn)楦蟮募∪庠谧羁焖俣认滦枰鄷r(shí)間收縮。”科隆大學(xué)的Tom Weihmann說，“因此，體重上限超過50公斤后，短跑速度又會(huì)開始下降，這與地球上最快的‘短跑選手’獵豹和叉角羚的平均體重相當(dāng)接近。”
這個(gè)模型甚至可以預(yù)測(cè)幻想中的生物。例如，《指環(huán)王》中巨型蜘蛛Shelob的最高時(shí)速可以達(dá)到60公里左右。而且該模型表明，人類頂尖短跑運(yùn)動(dòng)員已經(jīng)非常接近他們的最佳速度了。除了特殊的跑步鞋或外骨骼等技術(shù)應(yīng)用，否則只有更長的腿或更有彈性的肌腱才能實(shí)現(xiàn)更快的速度。
