在動物世界,人類看似非常「弱雞」,但其實我們在長跑方面有著非常高的天賦,我們身體的方方面面都是為長跑而設計的。
我們有著一雙大長腿和足弓設計的腳,我們的肌腱和腿部肌肉非常有彈性,這些降低了我們跑步時的能耗,從而增加續航時間。
我們的心血管系統也可以很好地將氧氣輸送到全身,以便更好地完成長時間奔跑,同時我們的心臟也適應長時間的高頻率跳動不會出現故障。
最重要的是,我們還有一個王炸大招——全身擁有 2-4百萬個汗腺,幾乎布滿全身。
圖:馬的汗腺排出的很大部分是脂類,作用是清潔毛髮的
雖然一些動物(如馬)也有如此豐富的汗腺,但是沒有一種動物像人類一樣,汗腺分泌的基本都是水——這在動物界絕無僅有。
人類這種汗腺的直接好處就是擁有一個優秀的被動體溫調節機制,靠水的揮發來降溫。
同時我們全身的皮毛也已經褪去,取而代之的是黑色素,這讓我們的被動散熱能力優於幾乎所有動物。
另外一方面,其實人類在心理方面也是非常適合長跑,因為我們有著超凡的毅力。
所有這些讓我們擁有超強的耐力,一些學者甚至提出了耐力跑假說,他們認為人類在解剖學和生理學上都是為長跑設計的,我們可以在草原上僅通過奔跑驅趕就能跑死大部分獵物。
可能正因為如此,現在網際網路上有許多關於人類長跑第一的說法,沒有動物能在長跑中勝過我們,事情是不是真這樣呢?
好吧,先給出我的答案,結果需要視比賽環境而定,只有在極特定的環境下,人類才有可能真的勝過所有動物,而在自然背景下,幾乎任何環境下人類都絕對不是長跑王者。
首先,第一點就是我們那有著絕對優勢的散熱機制,其實只是一個被動技能,它的效果高度限制於環境。
我們的散熱主要通過流汗,這意味著溫度和濕度都不能太高,濕度越高的話,我們的汗水就越不容易揮發,也就越容易過熱,同樣的,溫度越高我們僅靠被動也就越難達到散熱需求。
我們身體構造上很少有為主動散熱設計的方面,但是其它動物則不同,比如鴕鳥,它們的翅膀就是絕佳的主動散熱結構,它們也很懂的拍動翅膀來散發熱氣,這是它們可以在非洲奔跑的重要原因。
另一方面,在一些環境下,其實被動散熱強不會有任何的優勢,比如在寒冷的地方奔跑,我們很容易就會失溫而出現生命危險。
其次,即便在最優的環境下,散熱機制優秀也不一定就意味著能跑得越久,還有其它一些身體功能會決定耐力!
確實,許多擁有快速奔跑能力的動物無法長時間奔跑的很大一部分原因是散熱問題,比如獵豹,它們有著動物界最快的速度,極速奔跑可以超過100公里每小時,但是它們的耐力卻很糟糕,一次奔跑最多只有三四分鐘,不然就會因為身體過熱死亡。
但是,要持續奔跑,考驗的不僅僅是散熱,還有其它許多方面。
我這裡總結了下,持續奔跑能力至少還與肌肉纖維類型的比例、乳酸耐受性、代謝適應性等都有相當大的關係。
在肌肉方面,主要考量兩個指標,一個是彈力情況,一個是耐拉傷情況。
人類的肌肉在這兩方面都表現得很好,確實非常適合長跑,但絕對不是動物界最優秀的。
最優秀的人類運動員可以在2個多小時完成標準馬拉松(42.195公里),但是以這個成績(2個小時多)完成馬拉松的所有運動員都需要經過10-15天的休息調整,沒法直接繼續完成下一次馬拉松,因為肌肉會在運動的過程中受損,而一些動物,如馬和雪橇犬等則可以在長距離奔跑後短暫調整後繼續奔跑。
乳酸是在運動時無氧糖酵解的代謝產物,只要我們運動就會積累乳酸,而且隨著運動時間的增加,乳酸會積累越來越多,直到溶解和破壞肌肉,所以長時間奔跑的話必須考慮這一點。
我沒有查到不同動物對乳酸的耐受情況對比信息,但是我感覺馬這些動物的耐受情況應該比我們好,這點我是從兩者呼吸系統中得出的結論。
人類的呼吸系統應該在動物界也是非常具有優勢的,我們可以控制自己的呼吸頻率,還可以通過嘴巴來吸入更多空氣,這點非常適合跑步。
而許多四足動物,它們其實是無法控制自己呼吸,呼吸效率取決於四條腿之間的運動頻率,而且像馬這種以耐跑著稱的動物,它們甚至都無法用嘴巴呼吸。
這讓這些動物在停下來的時候無法快速吸入空氣來迅速提高血氧濃度,在運動的時候也比我們更受限於氧氣(這是馬無法長跑跑贏人的主要原因)。
既然它們更容易運動缺氧——這意味會產生更多乳酸,那麼它們對乳酸的耐受性就應該比我們更強才是(我個人猜的),不然天天被酸痛折磨也不是個事。
你可能會問,更加不容易積累乳酸和乳酸耐受力更強的兩種動物,到底哪一種能跑得更久。
其實,這是兩個不同維度,不好做比較,但是如果有動物的乳酸耐受性比我們強的話,至少可以很大一部分抵消掉它們更容易產生乳酸或者散熱更差、更不易獲得氧氣這些不利長跑的缺點。
最後是代謝適應性,這可能比散熱更加影響一種動物長跑的耐力。
我們的身體通過消耗ATP來產生能量,但對於人類而言,ATP產生的能量中只有極少部分轉化成動能——大約20%會被用於拉動肌肉來完成運動和其它任務,而剩下80%大部分轉化成了熱量,這就是我們運動會過熱的原因。
在這一方面,人類其實做得不是特別好,這可能也是我們在散熱系統方面有著絕對優勢的原因之一。
這方面真正優秀的是那些敏捷的、瞬間爆發能力更強的動物,因為它們在瞬間躲避或者追逐獵物的時候,如果不能將更多的能量投入到動能,可能就很難完成任務,我覺得這點駱駝比我們做的好很多。
簡單地說,以人類的速度長時間奔跑的話,像駱駝,以及其它許多動物根本不用過多考慮散熱問題,這可以大大提高它們的長跑能力。
我們平時看到一些作者的分析這個問題時往往都是拿動物的最高速度奔跑來比較,但其實動物低速奔跑可能也比人類全速奔跑更快。
有哪些動物比人能跑?
如果以馬拉松的距離為考核標準,其實能完成的動物確實屈指可數。
但是根據我們前面描述的那麼幾點,也確實有動物做得比人類更好,其中明確數據顯示比人類優秀的有雪橇犬、駱駝、叉角羚和鴕鳥。
其中雪橇犬可以在拉著雪橇的情況下,15天完成1000英里(1600多公里)的壯舉,能夠以大約每小時24公里的速度拉雪橇跑6個小時,這個速度比人類目前馬拉松的世界紀錄保持者的平均速度要快一點,而完成2個多小時的馬拉松之後,最優秀的人類選手也已經很難繼續跑太久了。
但是在炎熱的條件下,雪橇犬的耐力會大打折扣,很可能被我們超越。
駱駝則適應了炎熱的沙漠,它們的散熱系統並並比我們遜色,但是它們釋放的熱量沒有我們多,在減少運動量的時候身體可以保持低體溫——清晨時它們身體都是從低溫開始的。
當它們從低體溫開跑,可以以40公里每小時的速度跑1小時,如果速度降到只有20公里/小時的話,它們可以持續跑上18小時,體溫才會逐漸上升並達到上限。
叉角羚是世界上跑得第二快的動物,僅次於獵豹,但是與獵豹不同的是,叉角羚可以以48公里/小時的速度持續跑1個小時以上,如果是速度更慢的話,能跑的時間會更長許多。
鴕鳥則是有記錄以來世界上最節能的跑步者,它們的跑步的機械功和我們幾乎一模一樣,但是它們的優勢在於更長的肌腱。
肌腱在跑步中儲存和釋放彈性勢能,鴕鳥在這方面差不多是人類的兩倍,在特定速度下,它們每次蹬腿都有83%的能量來自肌腱的彈性勢能。
節能的跑動方式,同樣也讓鴕鳥可以跑得更久,如果只是馬拉松長度的話,它們可能可以以超過60多公里/小時的速度,並在45分鐘內完成,可能是所有動物中最快的。
什麼情況下人類有機會贏?
要贏下上面那四種動物的話,人類可以選擇在炎熱、低濕度的環境下來淘汰掉雪橇犬。
然後選擇在平順的柏油路上比賽,這樣可以淘汰掉叉角羚和駱駝,因為有蹄類不喜歡在堅硬的柏油路上奔跑,那樣很容易滑倒,它們更適合爬上爬下。
至於鴕鳥的話,我認為儘可能地延長比賽時間和跑步距離,就可以甩掉它們。