科學解析獵豹速度的「甜蜜點」，存在於中等體型動物！
科學家最近發現了一個關於動物奔跑速度的令人驚奇的秘密：在中等體重級別的物種中，例如體重約50公斤的獵豹，達到了運動速度的「甜蜜點」。這一發現來自帝國理工學院和哈佛大學等機構的團隊合作研究，他們提出的新理論挑戰了過去關於速度極限的單一觀點，揭示了動物跑速的雙重限制：肌肉收縮的速度和程度。
長期以來，人們普遍認為，隨著動物體型的增大，其肌肉力量、肢體長度、壽命及大腦質量等特徵會成比例增長。然而，研究發現，能達到的最大奔跑速度卻在中等體型的動物中達到頂峰。為了探索這一現象，研究團隊發展了一個物理模型，描述了肌肉如何為陸地動物的最高奔跑速度設定限制。
主要研究者之一、帝國理工學院的David Labonte博士解釋說：「最快的動物既不是大象也不是螞蟻，而是中等體型的動物，如獵豹。為什麼奔跑速度會打破支配動物解剖和性能的其他常規模式？」
研究表明，影響最大奔跑速度的不僅僅是肌肉收縮多快，還有肌肉在一次收縮中能縮短多遠。動物能達到的最高速度由兩者中先達到的極限決定，而這個極限由動物的體型決定。
共同作者、昆士蘭大學的Christofer Clemente教授說：「我們模型的關鍵是理解最高奔跑速度不僅受肌肉收縮速度的限制，還受它們在收縮過程中能縮短的程度的限制。」
這項研究結果已發表在《自然通訊》上。為了驗證模型的準確性，團隊將其預測與從超過400種陸地動物（包括大型哺乳動物、鳥類、蜥蜴以及微小的蜘蛛和昆蟲）收集的速度和體型數據進行了比較。模型準確預測了從0.1毫克的小蟎蟲到六噸的大象，不同體重級別動物的最大奔跑速度。
超大型動物其肌肉多被用於「克服重力」，而「非產生動力」
此外，該研究還可能幫助我們理解不同動物群體間的差異，例如大型爬行動物如蜥蜴和鱷魚通常比大型哺乳動物更小且更慢。
研究還預測，超過40噸的陸地動物無法移動。目前存活的最重陸地哺乳動物是非洲象，體重約6.6噸，然而一些像Patagotitan這樣的恐龍可能體重遠超40噸。這表明我們在估計已滅絕動物的肌肉解剖時應謹慎，可能需要更多研究來了解這些古代巨型動物獨特的肌肉結構。
這項研究不僅為動物運動能力的理解提供了新視角，還可能為未來設計能夠匹敵最佳動物跑者體能的機器人提供參考。通過了解肌肉的演化和運動限制，我們可能會走向製造出更加先進和自然的機械運動系統。
這項研究刊登在最新一期的《自然通訊》。
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首圖來源：明日科學
圖片來源：Nature Communications cc By4.0
參考論文：
1.Dynamic similarity and the peculiar allometry of maximum running speedNature Communications
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