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任何看过埃塞俄比亚的德拉图·图卢赢得2009年纽约马拉松比赛的人都会同意:她是在奔跑。但是高速大象呢?它们五吨重的身躯使它们无法进行弹跳的慢跑,但冲锋的大象可以达到与图卢相当的速度。但它们是在奔跑吗?
这个问题促使比利时生理学家诺曼·赫格伦德建造了一个长八米的平台,该平台配备了 16 个测力板——每个测力板都包含一个连接到大型服务器的完整计算机系统——总重六吨。然后,赫格伦德将这个巨大的T台运往泰国南邦的泰国大象保护中心。在那里,34 头大象,从 872 公斤的小象“Prayoungkeart”到 4 吨重的成年大象“Kumlha”,以不同的速度沿着平台行走,从悠闲的每秒 38 厘米的散步到狂奔的每秒 4.97 米的冲锋。赫格伦德的团队使用摄像机来监控每头大象的重心移动,从而能够分析这种现存最大的陆地动物独特的步态模式,并获得有关身体尺寸对能量效率影响的宝贵信息。
“几乎所有东西都会随着体型大小而变化,”赫格伦德说,他是比利时鲁汶天主教大学的教授,自研究生院以来一直研究异速生长或尺寸缩放。以心率为例:人类的平均心率为每分钟 72 次,而小鼠微小的心脏的跳动速度则快八倍。赫格伦德说,大动物做同样的工作也比小动物消耗更少的能量。但正是他对大动物消耗多少能量的兴趣使得大象的研究如此重要。“最初的想法是,能量输出与身体大小无关——所有动物每单位体重所做的工作量基本相同。但是,当你将此推断到大型动物时,它会与能量理论相矛盾,”他说。
在 58 岁的 Kumlha 之前,赫格伦德研究过的最大的动物是 1988 年的 200 公斤小马。在小马和 2.9 克小白鼠之间,赫格伦德从其他 14 种四足动物物种中生成了一条点状的“质量比能耗”数据线。他推断这些点以创建一条能量成本与体重呈倾斜的线。但即便如此,他仍然梦想着大象。“任何处于大小一个极端或另一个极端的动物都比中间的任何动物更影响线的斜率。这对于阐明所做功与体型之间的异速关系非常重要,”他说。
赫格伦德承认,要筹集资金和专业知识来开展如此庞大的实验需要很长时间。但这项研究于 2 月 12 日发表在《实验生物学杂志》上,提供了重要的尺寸缩放数据,以及一些关于大象移动方式的有趣观察。它们的“非凡尺寸”使得大象相对于较小的动物而言更脆弱,因为它们的支撑组织承受了更大的力。但这些尺寸也使得大象的运动非常经济,质量比能耗是人类的三分之一,是小鼠的三十分之一。但赫格伦德说,它们是在行走还是奔跑,取决于你观察的是大象的哪个部位。“如果你看它们的前腿,你可能会说这符合奔跑的条件。但是,如果你看它们的后腿,你可能会说它们只是在行走,”他说。“这真的取决于你对奔跑的定义。”
赫格伦德的重点现在已从大象转移到重力——实际上是缺乏重力。国际空间站“科尔伯特”跑步机的主题加载装置(在微重力运动期间将跑步的宇航员固定在原位)就是他设计的。他坚持认为大象研究是基础研究, “没有太多人类应用”。但请记住:摄影师埃德沃德·迈布里奇对马在疾驰时是否四蹄同时离地的辩论的回答导致了第一部电影的出现。