頂級短跑運動員的跑步速度往往可以達到約45公裏/小時，然而這些人類中的“飛人”們(men) 與(yu) 動物王國的四腿哺乳動物相比，隻跑出了相當於(yu) 家貓的最高速度。

　　更不用提其他動物短跑健將們(men) ，獵豹的短跑速度最高能達到超過100公裏/小時，約為(wei) 人類奧運冠軍(jun) 的2倍，羚羊可達到90公裏/小時，甚至連疣豬和野兔都能跑出約60公裏/小時的速度，遠遠超過人類的百米飛人們(men) 。

　　為(wei) 什麽(me) 這些四條腿的哺乳動物可以跑得比人類快這麽(me) 多？僅(jin) 僅(jin) 因為(wei) 它們(men) 比我們(men) 多了兩(liang) 條腿嗎？

　　近日，德國科隆大學（University of Cologne）的研究人員開發出一款生物力學模型，可以計算出任何有腿動物的最大奔跑速度，從(cong) 而揭開了這些動物“飛人”能夠高速奔跑的秘密。

　　研究人員通過嚴(yan) 格的數學函數，納入空氣阻力（與(yu) 地麵水平反作用力達到平衡）與(yu) 腿部幾何解剖結構等物理學與(yu) 生物學因素，考慮了體(ti) 型、腿長、脊柱活動等多種身體(ti) 結構特征，開發了這款生物力學模型。

　　首先，研究人員發現，多兩(liang) 條腿的確有助於(yu) 提高奔跑速度。從(cong) 物理角度看，動物的任何一條腿在著地時都會(hui) 不可避免地經曆機械能損耗。而如果多條腿與(yu) 地麵接觸，一條腿的能量損失可以通過另一條腿的功來補償(chang) ，並且可以通過不同腿的合作，連續與(yu) 地麵接觸以維持速度穩定。

　　其次，動物的體(ti) 重會(hui) 影響它們(men) 的奔跑速度。隨著體(ti) 重增加，動物奔跑時所受到的空氣阻力就越高，並且肌肉加速到高向心收縮率所需的時間隨其質量急劇增加。向心性肌肉收縮力學（concentric muscle contraction mechanics）是影響動物奔跑的重要因素，跑步速度一般隨收縮肌纖維的長度變化率而增加。

　　此外，動物奔跑的最高速度還取決(jue) 脊柱的靈活性、腿長等因素。例如，許多四足哺乳動物能夠利用它們(men) 的軀幹肌肉進行快速收縮推進，得以“飛馳（gallop）”。然而，如果動物變得太重，即使是更強大的肌肉也無濟於(yu) 事，因為(wei) 更大的肌肉需要更多的時間以高速收縮。

　　經典的例子是老鼠和大象。一隻大象大小的老鼠根本不可能存活，因為(wei) 它的骨頭會(hui) 在自身重量下斷裂。相對於(yu) 它們(men) 的體(ti) 重來說，大象的骨骼更厚更重，腿也更長更直，這些生物特征使大象能夠擁有巨大的體(ti) 型。但是沉重的骨頭和難以彎曲的腿同時也限製了大象的奔跑速度，盡管它們(men) 的腿比獵豹長得多，在步幅上擁有優(you) 勢。

　　在人體(ti) 幾何學方麵，該模型表明，頂級短跑運動員們(men) 已經非常接近他們(men) 身體(ti) 結構所能達到的最佳速度。除了外骨骼裝備或特殊跑鞋等外用技術，以延長有效彈簧或提供額外的彈性，隻有更長的腿或更有彈性的肌腱才能讓運動員擁有更高的速度。

　　換而言之，我們(men) 的健兒(er) 們(men) 已經在人體(ti) 力學範圍內(nei) 通過不懈的訓練，達到了他們(men) 的速度極限，值得我們(men) 欽佩並為(wei) 之喝彩！

　　參考資料：

　　[1] Günther， M。， et， al。 （2021）。 Rules of nature’s Formula Run： Muscle mechanics during late stance is the key to explaining maximum running speed。 Journal of Theoretical Biology， 523， 110714。 https：//doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110714

　　[2] Why four-legged animals are better sprinters。 Retrieved July 23， 2021， from https：//www.sciencedaily.com/releases/2021/07/210723105319.htm

　　本文來自藥明康德內(nei) 容微信團隊

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