說起來很多人可能不相信,人類衝刺速度雖然在動物界排不上個,但耐力相當可以。目前,人類的馬拉松世界紀錄是大約兩小時,而鮮有野生動物能在兩小時內跑42千米遠的距離。
馬拉松比賽
人類為長跑而生
人類在演化過程中對身體設計做了諸多改進,使人體更適於長跑,下面列舉幾點。
不同於絕大多數哺乳動物的四足行走,人類是兩足行走的。兩足行走面臨著動力不足、提速慢的問題,但相應地也減少了阻力,節省了能耗,更適合長跑。
人類強大的散熱能力是動物界絕無僅有的,人體絕大部分皮膚裸露、沒有體毛,汗腺十分發達,通過排汗散熱遠比其他動物通過喘氣散熱效率高。
與猩猩、長臂猿等猿類相比,人類彈簧一般的韌帶和肌腱更適合奔跑。人類胸腔寬闊,更適於奔跑中的深呼吸(獵豹也有類似特徵);而腹部和腰部較窄,使我們能在奔跑的同時擺動胳膊,保持重心穩定,使奔跑方向始終向前,而不會左右搖晃。人類的平衡感也更強,能在奔跑中保持頭部穩定。
奔跑的男子
臀大肌,是我們人體最大的一塊肌肉,這塊肌肉幾乎專職用來跑步,走路是用不上的。人體骨骼肌中有豐富的肌糖原,健康的普通人體內貯存的肌糖原也夠我們跑馬拉鬆了。
足部設計也比猿類更適合奔跑,人類的腳趾較短,大腳趾與其他腳趾一樣生在前方,而不是長在一側,這在跑步中增大了動力,減小了阻力。
此外,人類演化過程中存在著明顯的減重趨勢,即身高變高了,但單位身高的粗壯度卻下降了。無論是猩猩等現存猿類,還是南方古猿等古代猿類,都遠比現代人粗壯。
大猩猩,顯而易見猿類是不適合奔跑的
正因為與這麼多的適應性演化(當與猿類作對比,就顯得尤為明顯),人類才能擁有出色的長跑能力。
為什麼人類為長跑而進化?一個合理的解釋是為了吃肉,在弓箭類武器發明之前,人類重要的狩獵方式就是把野獸跑死。原始人連續一個多小時追趕獵物,當獵物身體過熱而跑不動了,人們就可以趕上獵物將其殺死。現在非洲有些土著居民仍採用這種方式狩獵。
奔跑能力在食腐中也佔有重要意義,當兀鷲降落,就意味著那個地方有獸屍。非洲充滿著鬣狗、兀鷲、胡狼等多種清道夫,原始人必須儘快趕過去,才能分一杯羹。
最著名的奔跑者,墨西哥印第安人Arnulfo Quimare(右),曾一口氣跑了90千米山路
人馬馬拉松比賽
馬是唯一一種與人類比賽過長跑的動物,英國威爾斯的蘭爾提德-韋爾斯小鎮每年都舉辦人馬馬拉松比賽。比賽自1980年至今已經舉辦了40屆了,人只贏了兩次,2004年和2007年。人的最好成績是兩小時零五分,而馬的最好成績是一小時二十分。
人馬馬拉松比賽
但人馬馬拉松的賽程比官方馬拉松短7千米,只有35千米,而且賽道比較崎嶇,這對馬比較有利。但馬要載著騎手而人沒有任何負重,這點對人有利。因此人和馬都沒有發揮出最高水平。
考慮到馬在80分鐘內跑完了35千米山路,它在兩小時內跑完馬拉松是很有希望的。不過,英國緯度比較高,這點對馬大大有利,因為馬的散熱能力遠不如人。人跑贏馬的兩次都發生在天氣很炎熱的情況下。
人馬馬拉松比賽成績統計
動物的耐力
自然界中,多數跑得快的動物耐力都不怎麼樣。現存跑得最快的動物是獵豹,速度比最快的短跑運動員快三倍。但它身體散熱效率非常差,奔跑中產生的熱量只有10%能散出去,因此它只能短距離衝刺,一旦身體過熱(體溫超過40℃)就沒法再跑了。
作為耐力狩獵的愛好者,犬科動物散熱效率遠高於貓科(可達80%左右)。有學者觀察到,一隻兩歲半的年輕母狼追了一頭白斑鹿130分鐘,跑了21千米的路程。雖然狼和鹿都沒有全速跑,但狼想吃肉、鹿想活命,因此這個例子還是能說明一定問題的。此例中狼和鹿的速度只相當於人類馬拉松記錄的一半,但考慮到野外道路遠比馬拉松跑道崎嶇,也是很不容易的。
此外,一隻13歲的老狼用了7分鐘追上了一隻兔子,之後它氣喘籲籲地休息了22分鐘,才將兔子埋起來,然後又睡了40分鐘的覺。一隻周歲大的年輕母狼花3分鐘抓住了一隻兔子,之後休息了11分鐘才將兔子吃掉。
狼追逐鹿
總而言之,與人類相比,渾身長毛的野生哺乳動物在奔跑中散熱是一大難題,天氣越熱,人類的長跑優勢越明顯。前述幾個狼耐力觀察記錄都發生在北極圈附近。
一些人喜歡舉塞倫蓋蒂大遷徙的例子,當地角馬、斑馬和湯氏蹬羚雖然每年遷徙要走1000~2000千米的路程,但它們走走停停,平均時速並不快(只有1千米/小時左右),而且它們邊吃邊走,還能沿途補充營養。歷史上,人類行軍也曾完成過比這個更高難度的。
最有希望跑贏馬拉松的動物
有趣的是,我查閱資料後發現,最有希望贏得馬拉松比賽的居然不是哺乳動物,而是不會飛的大鳥——鴕鳥。鴕鳥也具有兩足動物能耗低的優勢,而且相對人類,它有以下幾個特徵更適合奔跑。
鴕鳥和人類腿部構造對比,我們目測的對應結構(綠線)與解剖學揭示的真實對應結構(紅線)很不一樣
首先是大長腿。鴕鳥腿部構造與我們人類的不太一樣,我們看到的鴕鳥大長腿實際是它的腳,看起來像膝蓋的部位其實是腳踝,而它的腿尤其是大腿很大程度上被羽毛蓋住了,它只用腳趾走路(即趾行性)。
鴕鳥的腿部比例,很大程度上加長了小腿和腳的長度,而縮短了大腿長度,這大大加大了步幅。鴕鳥在奔跑時步幅可達5米。
我們注意到,鴕鳥站立時腿部不像我們人類那麼挺直,大腿和小腿成90°夾角,大腿向前彎曲,小腿向後彎曲。這個姿勢很像短跑運動員預備跑時的蹲伏姿勢,能在起步時獲取最大的加速度。但是,人類只有在起步時能把自己擺成這種姿勢,而鴕鳥每跑一步就自動回到這種姿勢,每一步都能獲取額外的加速度。
短跑運動員的起跑姿勢,鴕鳥日常就是這種姿勢的
與人類的蹠行性(整個腳掌著地)相比,鴕鳥的趾行性減小了跑步時腳與地面的接觸面積,從而減小了摩擦力,節省了體力。
此外,與人類靈活的腿部關節(想想芭蕾舞演員)相比,鴕鳥的腿部關節相當僵硬,幾乎就只能做前後運動。這樣,在跑步時鴕鳥的肌肉力量只用來提供動力就可以了,而不用額外費力阻止關節側向移動。
正因為有上述適應性特徵,鴕鳥的衝刺速度遠遠快於人類,可達72千米/小時。
鴕鳥雖沒有人類那樣發達的汗腺,但鳥類特有的雙重呼吸使其散熱效率明顯高於同樣依靠呼吸散熱的哺乳動物。
奔跑的鴕鳥
關於鴕鳥長跑表現的資料是比較缺乏的。畢業於海德堡大學生物學專業、後在動物園中從事鴕鳥研究的學者Nina Schaller,在一篇科普文章中稱,鴕鳥只需用40分鐘就能跑完馬拉松;維基百科中說鴕鳥可以保持48千米的時速跑半個小時。上述數據都未給出實驗證據,似乎有點誇張。不過鴕鳥確實很有可能在馬拉松比賽中勝過人類。
總而言之,關於野生動物長跑能力的實驗數據非常缺乏,現有的理論研究也不足以將這個問題定論,本文僅供拋磚引玉。影響耐力跑的因素挺多的,包括天氣狀況,地面狀況,能不能補水,能不能休息,等等。
非洲布須曼人,耐力狩獵的實踐者,現在更喜歡用毒箭狩獵
可以肯定的是,人類由於出色的散熱系統,是耐力跑的佼佼者之一。特別是在天熱、地面平坦的情況下,人類耐力跑的優勢將最大限度地發揮出來。