東京奧運會上，其中一個備受矚目的項目將是男子100米短跑。頂級短跑運動員的跑步速度可以達到每小時45公里。不過，這與動物王國的短跑成績相比就不算什么。獵豹的速度是人類的兩倍多（超過100公里/小時），甚至羚羊（90公里/小時）、疣豬和野兔（二者速度略低于60公里/小時）都比人類跑得快。
實際上，許多4條腿的哺乳動物跑得比兩條腿的人快得多。而且，苗條的體形、長腿和特別靈活的脊柱，也幫助獵豹或羚羊等動物在跑步時達到很高的速度。近日，德國研究人員開發了一個模型，通過綜合這些因素，該模型可以計算出任何體型動物的最大奔跑速度。相關論文發表在《理論生物學期刊》上。
為什么中型動物能達到自然的最高速度？哪些主要特性決定了最大奔跑速度？什么特征會限制速度?為了回答這些問題，斯圖加特大學的Michael Günther領導研究人員開發出一個新模型，描述了生物體的形狀如何隨著身體大小的變化而變化以達到高速奔跑，以及特定的形狀如何影響其所能達到的最高速度。
研究人員表示，經典的例子是老鼠和大象。老鼠永遠無法達到大象的體形，因為它們的骨頭會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高速度，它們的速度遠低于獵豹——盡管大象的腿要長得多。
然而，最高速度不僅取決于體型，還取決于結構，比如腿的數量和脊柱的靈活性。例如，許多4條腿的哺乳動物能夠達到比人類和鳥類等兩足動物更高的跑步速度，因為它們可以利用軀干肌肉的推進來飛奔。“然而，如果動物太重，即使是更有力的肌肉也無濟于事，因為更大的肌肉在最高速度下需要更多時間收縮。”科隆大學的Tom Weihmann說，“因此，體重上限超過50公斤后，短跑速度又會開始下降，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接近。”
這個模型甚至可以預測幻想中的生物。例如，《指環王》中的巨型蜘蛛Shelob的最高時速可以達到60公里左右。而且該模型表明，人類頂尖短跑運動員已經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應用，只有更長的腿或更有彈性的肌腱才能實現更高的速度。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110714
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