研究发现，猎豹无与伦比的速度可以用它们的“最佳部位”大小来解释

伦敦帝国理工学院的一项新研究回答了一个长期存在的问题，即为什么像猎豹这样的中型陆地动物往往跑得最快

动物界存在差异。虽然许多关键特征，如力量、肢体长度、寿命和大脑大小，往往会随着动物的体型而增加，但中型动物的最大跑步速度往往是最大的

为了探究原因，包括帝国理工大学、哈佛大学、昆士兰大学和阳光海岸大学在内的一个国际研究团队开发了一个物理模型，说明肌肉是一种通用的动物运动，如何限制陆地动物的最高跑速

首席作者、伦敦帝国理工学院生物工程系的David Labonte博士说：“跑得最快的动物既不是大型大象，也不是小型蚂蚁，而是像猎豹一样中等大小的动物。为什么跑步速度会与控制动物解剖和表现的大多数其他方面的规则模式相脱节？”

他们的发现表明，最大跑步速度并不像以前认为的那样有一个限制，而是两个限制：肌肉收缩的速度和距离。动物能达到的最大速度取决于先达到的极限；而这个限制是由动物的体型决定的

来自阳光海岸大学和昆士兰大学的合著者Christofer Clemente教授说：“我们模型的关键是要理解，最大跑步速度既受肌肉收缩速度的限制，也受肌肉在收缩过程中缩短的程度的限制。

”猎豹大小的动物生活在50公斤左右的最佳身体部位，这两个极限是一致的。因此，这些动物是最快的，速度高达每小时65英里。“

研究结果发表在《自然通讯》上。

测试极限

第一个极限被称为“动能容量极限”，表明较小动物的肌肉受到收缩速度的限制。因为小动物相对于体重产生的力很大，所以小动物跑步有点像骑自行车下坡时试图以低速加速。

第二个极限被称作“工作能力极限”，说明较大动物的肌肉受肌肉收缩距离的限制。由于大动物较重，它们的肌肉相对于体重产生较少的力，跑步更像是在下坡时试图加速。哈佛大学的合著者Peter Bishop博士说：“对于犀牛或大象等大型动物来说，跑步可能感觉像是举起了巨大的重量，因为它们的肌肉相对较弱，重力需要更大的成本。由于这两者的结果，动物最终不得不随着体型的增大而减速。“

为了测试他们模型的准确性，该团队将其预测与从400多个物种（从大型哺乳动物、鸟类、蜥蜴到小型蜘蛛和昆虫）收集的陆地动物速度和体型数据进行了比较。

该模型准确地预测了体重差异超过10个数量级的动物（从0.1毫克的微小螨虫到6吨重的大象）的最大跑步速度如何随体型而变化。

对速度的需求

这些发现揭示了肌肉进化背后的物理原理，并为未来设计与最佳动物跑步者的运动能力相匹配的机器人提供了依据。了解动物群体之间差异的线索。大型爬行动物，如蜥蜴和鳄鱼，通常比大型哺乳动物更小、更慢。

合著者、昆士兰大学的Taylor Dick博士说：“对此的一种可能解释是，按重量计，四肢肌肉在爬行动物身体中所占比例较小，这意味着它们在较小的体重下达到了工作极限，因此必须保持较小才能快速移动。“

该模型与现代物种的数据相结合，还预测了体重超过40吨的陆地动物将无法移动。目前活着的最重的陆地哺乳动物是非洲象，体重约为6.6吨，但一些陆地恐龙，如巴塔哥泰坦恐龙，体重可能远超过40吨。

研究人员表示，这表明我们应该谨慎地根据非灭绝动物的数据来估计灭绝动物的肌肉解剖结构。相反，数据表明，灭绝的巨人可能进化出了独特的肌肉解剖，这需要更多的研究。

这项研究提出了大型恐龙如何移动的问题，以及需要进行更多研究的问题。更有针对性地收集特定动物群体的数据，如爬行动物或蜘蛛。

虽然这项研究只关注陆地动物，但研究人员接下来将把他们的方法应用于飞行和游泳的动物。

Labonte博士说，“我们的研究提出了许多关于灭绝动物和当今活着的动物（包括人类运动员）的肌肉生理学的有趣问题。身体约束对游泳和飞行动物的影响与对奔跑动物的影响一样大；解锁这些限制是我们的下一个议程。