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动物奥运会

我们可能认为这个夏天我们正在观看地球上最伟大的运动员,但我们的一些动物朋友会不认同。

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人类是一种自负的生物。每四年一届的奥运会都会展示智人能集结的最佳运动员:他们奔跑跳跃、划桨翻滚、推铅球、蹬自行车、投掷,直到决出胜利者,而赢得最多奖牌的国家则享有四年吹嘘的权利。获胜的运动员则以销售运动鞋为荣。

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但这难道不是太过狭隘的动物学观点了吗?非人类动物呢?它们不也很有运动天赋吗?毕竟,奥运会的基石是运动,而运动的需求无疑是动物进化的主要动力之一,决定着谁能吃到东西,谁会被吃掉等基本问题。所以人们不禁要问:如果今年在亚特兰大举行的比赛真的向所有参赛者开放,无论它们是用两条腿还是四条腿,甚至是鳍来参赛,那会怎样?

因此,我们暂且放下疑虑,宣布首届“全动物奥运会”开幕。首先,有几条基本规则。不允许吃掉竞争对手。不允许团队运动(成群的非人类动物会让人类过于紧张或过于饥饿)。最后,鉴于人类大脑在工具制造和操作方面的卓越性,任何基于工具的比赛——标枪、铅球、射击项目(尤其是这些项目)——都被禁止。因此,比赛将仅限于跑步、游泳、体操和拳击。

现在,比赛开始!

当运动员进入体育场时,人群——一边是人类,另一边是各种非人类动物——发出了真正的咆哮。最初,非人类动物们有很多值得咆哮的理由,因为它们包揽了从100米到1500米的前五项跑步赛事。在这五项比赛中,它们的参赛者都是同一种令人惊叹的作弊者,那就是猎豹。作为奔跑速度最快的哺乳动物,猎豹的最高时速可达60英里,是人类孱弱的27英里/小时记录的两倍多。

猎豹的速度并非来自其身体的任何单一部分;相反,这种动物是专业解剖学的真正交响乐。它超大的腿提供推力,但为了最大限度地利用这种腿部力量,猎豹使用高度灵活的背部,以及仅通过肌肉吊带来连接躯干的肩膀。通过弯曲背部和滑动肩膀,猎豹可以为其腿部提供异常宽广的运动范围。在奔跑过程中,它可以将后腿放在前腿前面,大大增加其步幅。

正如我们从之前对猎豹速度和耗氧量的研究中应该知道的,它只需要16秒就能完成400米。人类在这项比赛中的世界纪录是43.29秒,由美国选手布奇·雷诺兹于1988年创造,几乎是其三倍。随着比赛距离的增加,情况变得更加尴尬。猎豹在800米比赛中仅用约32秒就冲刺而过,令英国的塞巴斯蒂安·科伊大为懊恼,他于1981年创造的1:41.73世界纪录被远远甩在身后。更糟糕的是1500米赛跑的景象。猎豹几乎只需要一分钟多一点就能跑完。诚然,我们派出的选手相对较弱。但即使我们派出了去年创造3:27.37世界纪录的阿尔及利亚选手努尔丁·莫塞利,我们人类也必须忍受看着我们的选手被套圈两圈甚至三圈的屈辱。

事实上,现在我们已经把猎豹逼到了我们想要的位置。人类希望猎豹会变得有点过于自信,并决定延长自己跑5000米。加州大学伯克利分校的生理学家和生物力学专家,也是首届全动物奥运会的评论员之一罗杰·克拉姆说:“事情可能会变得非常有趣。”他指出,亚特兰大的八月很热,而猎豹不喜欢炎热。它们的正常静息体温很高——大约华氏102度——肌肉活动会产生额外的热量。在极低的速度下,大部分热量会从猎豹体内散失,但一旦这只动物达到每小时10英里,只要它继续奔跑,90%的热量就会留在体内。克拉姆解释说,它无法通过出汗或快速喘息来保持恒定的体温,因此体温会升高。猎豹无法永远储存这种热量,如果它的体温升至华氏105度以上,它就会中断奔跑。因此,在野外疯狂冲刺捕食后,猎豹会气喘吁吁地休息,然后才进食。

埃塞俄比亚的海尔·格布雷塞拉西保持着5000米的世界纪录12:44.39,这大约相当于每小时15英里。以这个速度,猎豹会在大约四分钟后过热,不得不停下来休息。克拉姆说,一只愚蠢的猎豹可能会冲刺前1500米,但之后它需要很长时间才能冷却下来,然后才能再次奔跑。它的中途午休甚至可能长到足以让莫塞利追上并赢得比赛。克拉姆打赌,人类会大获全胜。

同时,在长距离比赛中,还有其他动物准备与我们一较高下。狗和马,两者都是优秀的跑者,与肯尼亚的科斯马斯·恩德蒂一同出现在马拉松起跑线上,后者在波士顿马拉松赛中以2:07.15的成绩创造了纪录。但在比赛开始之前,人类田径教练和一名生理学家冲上赛场,大喊犯规。

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对于长距离运动,强壮肌肉的重要性会减弱,而身体的氧气供应变得至关重要。适应长距离奔跑的动物通常通过相对较大的肺部和心脏来增加氧气流量。但还有另一种提高氧气输送的方式:增加额外的红细胞,红细胞将气体输送到身体各处的细胞。过去十年,人类运动员一直试图通过血液兴奋剂来实现这一点。他们在比赛前几周抽取一些自己的血液;到比赛时,他们的身体会再生足够的血液,使其恢复正常供应。然而,在比赛前几天,他们会将储存的血液重新注射到静脉中。波士顿新英格兰医疗中心的心脏病专家理查德·卡拉斯说,这样做的目的是增加携氧细胞的数量,这理论上会使肌肉获得更多氧气。

这种形式的血液兴奋剂现在在奥运会上是被禁止的。然而,运动员可以通过在高海拔地区训练来合法地获得相同的效果,因为那里的空气中氧气浓度较低。氧气减少会刺激身体通过产生更多红细胞来补偿。但正如卡拉斯指出的那样,两种兴奋剂的问题在于,没有人证明它对人类有效。卡拉斯说,它肯定不会帮助周末战士,充其量也只能让顶级运动员的成绩缩短零点几秒。

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虽然它可能无法为我们提供优势,但它在狗和马身上却运作得非常好,而且是自然发生的。卡拉斯说,狗会在脾脏中储存额外的血细胞。当它们运动时,它们会收缩脾脏并将血红蛋白注入血液中。大约一分钟内,它们就会增加血液的携氧能力。由红细胞组成的血液百分比可以跃升多达25%。

虽然血液兴奋剂有其优势,但它也给狗和马带来了负担。它们的血液变得更加粘稠,因此它们需要特别大的心脏来泵送它。这可能解释了为什么我们人类无法利用血液兴奋剂。卡拉斯说,我们的心脏不适合泵送这种特别浓稠的血液,所以即使血液含量增加,流量也必须下降,因为心脏无法跟上。

因此,一个令人尴尬的插曲暂时中止了全动物奥运会,因为人类挑战了血液兴奋剂狗和马的合法性。这一挑战似乎毫无意义——显然非人类动物没有违反任何规则。但是,为了避免卷入一场跨物种的丑闻,它们甚至懒得争辩。它们只是简单地带来了一个毫无疑问合法的替代品——袋鼠。

当它摇摇摆摆地走到起跑线时,恩德蒂嘲笑这个梨形、兔子头般的有袋动物能构成多大挑战,这情有可原。但当发令枪响起,袋鼠开始沿着跑道跳跃时,恩德蒂很快就改变了主意。

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一只跳跃的袋鼠——就像许多其他奔跑的哺乳动物,包括人类一样——像弹簧高跷。当你奔跑时落地时,你会下沉并将部分运动能量储存在腿部的肌腱中。当再次蹬地时,能量就会释放出来,就像弹簧高跷的弹簧一样。如果没有这些弹性肌腱,你就必须通过额外的能量来弥补储存的弹簧效应。

简单地说,袋鼠是一个极好的弹簧高跷。澳大利亚新南威尔士大学的动物学家特里·道森解释说,它有很长的腿和很长的跟腱,还有很大的长脚。它用脚尖落地并再次蹬地。所有这些都使腿在弹跳时能以长弧伸展,并在落地时双腿完全伸展在身体前方。在每个长弧的末端,袋鼠将其部分动能储存在肌腱中;人类跑步时一次只有一只脚落地,而袋鼠是双脚跳跃,每一步的能量储存量翻倍。

道森说,当袋鼠全力奔跑时,它的步长可达15甚至20英尺。如果你看到袋鼠全力跳跃,你可能不会欣赏这个巨大的飞跃,因为它每次跳跃的高度不高;过分抬高重心会浪费力气。

人与有袋动物的比赛不像猎豹短跑那样一边倒,但同样令人感到谦卑。平均而言,人类赢得马拉松的速度约为每小时13英里。道森说,袋鼠最有效的行进速度约为每小时16英里。但他怀疑袋鼠有能力跑得更快。道森曾驾车跟踪一只袋鼠四英里,平均时速达到每小时28英里。然后那只动物似乎失去了兴趣,毫不费力地加速,从道森的车前穿过,消失在内陆。所以我想,除了它们的巡航速度,它们还有相当多的储备,他说。我认为袋鼠跑马拉松时速达到16到19英里不会感到过度劳累。看来人类将永远吃袋鼠的尘土。

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袋鼠偶尔也会被放进拳击场,它们能用前臂对人类发动令人惊讶的强力挥击。但非人类动物决定选择另一种物种来对抗美国蝇量级冠军埃里克·莫雷尔。对于拳击,有特殊的规则:全动物奥运会规则允许非人类动物将其选择的任何动物放大到人类大小。而它们的选择是一种好斗的甲壳类动物,被称为口虾蛄。

口虾蛄常见于热带和亚热带海洋的浅水区。构成这个目类的500个物种大小不一,从略超过四分之一英寸到一英尺半不等,大多数用其前肢末端的锋利倒刺来捕食。但莫雷尔的对手是口虾蛄科(Gonodactylidae)中的一个猛士。它没有倒刺,而是有两根附肢,每根附肢的末端都有一个坚硬的钙化凸起,用于打击猎物。

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加州大学伯克利分校的海洋生物学家罗伊·考德威尔说:“一只三英寸长的口虾蛄能把一只大蜗牛打得粉碎——我们可能需要用球头锤敲几次才能把它砸碎。”考德威尔可以证明,研究这些生物绝非易事:它们曾砸碎他普通水族箱的玻璃壁(他现在把它们养在有机玻璃缸里)。试图测量它们打击的力量给考德威尔和他在伯克利的同事、生物力学专家罗伯特·富尔带来了自身的麻烦。“这简直是一场噩梦——我们不断弄坏设备,”考德威尔说。“我们做得最好的就是通过测量动物附肢的质量和它击打对手时的速度来估算打击的力量。我们估计一只两英寸大小的Gonodactylid口虾蛄的打击力相当于一把气枪。”

口虾蛄不仅进攻能力强,在拳击台上也具备防守动作。这种甲壳动物以卷曲的姿势战斗,仰卧着,因此可以用尾巴作为盾牌。考德威尔说,它们腹部的肌肉就像弹簧或减震器,所以对手击打到尾巴不会造成太大伤害,因为冲击力会被吸收。结合尾巴和攻击性附肢的动作,口虾蛄可以虚晃、闪躲和迂回。考德威尔说,它的技巧是用尾巴格挡其他口虾蛄的攻击,然后在一瞬间从卷曲状态猛冲而出,自己发动一击。它们会进行大量的试探和虚晃——它们似乎故意引诱攻击打在尾巴上,只是为了衡量力量。

在拳击台上,莫雷尔的最佳策略是躲避虾蛄的攻击,直到它筋疲力尽。几次打击后,虾蛄附肢内的肌肉会疲劳,它必须休息以恢复体力。结果,莫雷尔躲避了虾蛄的攻击一段时间,并在虾蛄试图恢复体力时,打出一记左勾拳,但随后这种甲壳动物以一记手枪般的打击回应。比赛结束。

在竞技场的另一边,情况也好不到哪里去,一只小猴子在双杠上绕着人类体操运动员打转。对于这项比赛,非人类动物组委会选择了长臂猿。这是一个完美的选择:这些来自南亚的长臂树栖灵长类动物习惯于在不平坦的树枝之间高速摆荡。布朗大学生物学家莎伦·斯沃茨说,长臂猿用前肢进行运动;像人类一样,它们非常依赖前肢。而且,像人类一样,它们的前肢具有异常出色的操控能力。很多体操都与抓握和伸展有关。

其他灵长类动物也会在树冠中摆荡,但在体操方面,它们无法与长臂猿竞争。体型是一个重要因素:一只150磅的猩猩必须缓慢谨慎地移动,因为它需要消耗大量能量来移动其巨大的身体;它更容易折断树枝;而且摔倒更有可能导致其死亡。另一方面,长臂猿的轻盈体重使其能够快速灵活地在树枝之间移动,利用摆动运动的重力来提高效率。

斯沃茨解释说,然而,使长臂猿成为特别优秀的体操运动员的是它们的解剖结构。它们的腕关节内有一个额外的小型球窝关节,这使得它们在手腕处额外增加了90度的旋转能力。想想抓住一根杠并旋转;你主要会在肩关节和肘关节处旋转。但长臂猿有那个额外的关节来增加旋转。它们的拇指底部还有另一个球窝关节,这使得拇指能够抓握大小形状各异的树枝。

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斯沃茨打赌长臂猿会在双杠上表现出色。她说,它们轻盈的体重和非常长的四肢会给它们在摆动时带来高而令人印象深刻的速度。此外,当它们在森林树冠中移动时,它们会利用快速改变方向的能力,因此抓住树枝所需的摆动和空中翻转等动作正是它们在假设比赛中可以使用的动作。

当全动物奥运会转战泳池进行游泳比赛时,人类已经是一群沮丧的人,渴望胜利。但这注定不可能。事实上,在这里,人类表现最差。考虑到我们的对手梭子鱼是水生进化的美丽产物,而我们已经离开水面3.6亿年,这不应该令人惊讶。宾夕法尼亚州西切斯特大学动物学家弗兰克·费什(这个名字很贴切)说:“我曾经计算过,马特·比昂迪在巅峰时期,游泳速度约为每小时4到5英里。这与鱼类和海洋哺乳动物的游泳速度相比,简直是慢得令人难以置信。有些鱼,比如梭子鱼,冲刺速度至少达到每小时45英里。”

人与鱼速度差异的关键在于两种生物在水中产生的阻力。粗略地说,动物身体垂直于游泳方向的面积越大,阻力就越大。因此,梭子鱼通过其细长的水滴形身体大大减少了阻力,而人类则通过宽阔的肩膀、头部和手臂产生阻力。

动物的游泳方式对其阻力影响巨大。梭子鱼由于有鳃,可以在海面波浪之下很深的地方游泳。人类依赖空气,在水面顶部溅水前行,对抗海浪,包括他们自己制造的海浪。人类可以在一定程度上通过尽可能长时间地潜水来提高比赛时间,一些奥运选手确实这样做过(现在已属非法)。然而,总有那么一刻人类需要呼吸空气,当他们浮出水面时,他们会再次产生增加阻力的波浪。当然,其他哺乳动物,如海豚和海豹,也必须浮出水面呼吸,费什说,但它们可以通过跃出水面,或“海豚式跳跃”,来降低整体能量消耗。最后,梭子鱼还通过粘液细胞分泌的黏液来减少阻力。费什指出,无论奥运游泳运动员流多少口水,都无法通过这种机制减少阻力。

人类不仅比梭子鱼产生更大的阻力,而且在水下产生的推力也少得可怜。鱼类通过利用其整个中轴和尾巴产生波浪,这些波浪沿着其身体滚动并推动其前进——因此利用了身体大部分肌肉来移动。而人类则主要利用四肢的肌肉。虽然梭子鱼可以用其宽大的尾巴产生巨大的推力,但我们人类大部分推力都是用我们相对微小的手产生的。

费什说,如果你看看将新陈代谢成本转化为有用功的能力——在这种情况下,产生推力——那么人类在水中只有5%的效率。然而,鱼类、海狮和海豚的游泳效率在15%到30%之间。

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最终,在这些假想的“全动物奥运会”中,人类没有获得任何金牌。这是令人绝望的理由吗?杜克大学生物学家史蒂文·沃格尔不这么认为。恰恰相反,他觉得这很合适。他说,我们无法击败专业选手,但另一方面,其他动物也没有一个物种可以参加所有奥运项目。我们会游泳、爬树和奔跑,但我们无法像那些专家一样做得那么好。我们是多才多艺的。我们被设计成具有惊人的行为多样性。

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