想象一下，有一天你不小心穿越到了一只高角羚体内，正在稀树草原上吃草。突然，一只潜行已久的猎豹从不远处一跃而起，以闪电般的速度向你冲来。这时的你该怎么办？
想逃出捕食者的手掌心可没那么容易。
图片来源：BBC
你想到的可能是拼了命地逃走，毕竟这可是一不小心就掉脑袋的事。但科学家们的最新发现却十分出乎意料：捕食者与被捕食者都没有跑出能力之内的最高速度，而是通常保持在最高速度的80%左右。
是什么原因造成了猎豹和羚羊的这种“默契”呢？
能保命的“脑筋急转弯”
要想搞清楚这场生死时速中究竟发生了什么，我们先来看看双方的力量对比吧。
肌肉在奔跑中发挥着极其重要的作用。猎豹和羚羊都有两种肌纤维，通常分为快肌和慢肌两类，后者比前者的收缩速度更慢，产生的拉力更小，但消耗的能量也更少[2]。由于食物所含的能量比较低，所以对于斑马和高角羚这类食草动物来说，多使用慢肌是在躲避捕食和保存体能之间保持平衡的一个策略[3]。
突然暴起的猎豹是很多食草动物的梦魇。图片来源：wikimedia.org｜摄影：Malene Thyssen
但慢肌纤维显然无法支持高速奔跑，对高速运动贡献最大的还是快肌纤维。科学家研究了猎豹、狮子、高角羚和斑马四个物种，结果发现，虽然四个物种的肌肉收缩速度差不多，但狮子和猎豹的肌纤维可以产生比各自的猎物高出20%的拉力[1]，因此捕食者在这场军备竞赛是中占据上风的。
捕食者的速度比猎物略胜一筹。图片来源：wikimedia.org｜摄影：Nick Farnhill
看到这儿你会发现，如果高角羚和猎豹直线赛跑的话，很可能会落入猎豹的口中。但是，聪明的羚羊会“脑筋急转弯”呀！眼看着猎豹步步紧逼，羚羊灵机一动，来了个大转弯，这时候，处于高速奔跑状态中的猎豹根本“刹不住车”，等这只大猫转过弯来，敏捷的羚羊已经跑出很远了。
突然改变方向是甩开追兵的好办法。图片来源：wikimedia.org｜摄影：Arturo de Frias
所以，如果被捕食者只是直线加速，大猫们完全可以预测猎物的轨迹，紧追不舍——别忘了，狮子和猎豹都比各自的猎物速度更快。所以面对身后的短跑高手，斑马和高角羚都选择了通过突然拐弯来甩开猎手。这样一来，保持一个较低的速度，可以使得斑马和高角羚转向范围变大，路线更难以预测，而且大猫也不得不放慢速度，以免被急转弯的猎物甩开。
我转，我再转！
模拟一场“生死时速”
这个有趣的发现来自以英国皇家兽医学院的Alan Wilson为首的科学家们，他们通过建立定量模型进行研究。
为了给电光石火的捕猎过程建立定量模型，研究者们给捕食者和被捕食者都戴上了装有全球定位系统（GPS）和加速度计的项圈，在观察了数千次追猎过程之后，得到了奔跑过程中每一步的速度、加速度和轨迹信息。另外，研究者还对每一只带项圈的个体进行了肌纤维取样，来确定奔跑过程中起主要作用的股二头肌的力量。
高速直线运动中的猎豹。
这里的研究难点是，在同一个追猎过程中，研究者通常只能得到一方的项圈数据（因为很难等到一只戴项圈的猎豹恰好看上一只戴项圈的高角羚）。为了探究生死关头的见招拆招，他们对大猫追上猎物之前的两步动作建立了数学模型，模拟不同情况下追逃双方在每个时间点可以选择的策略，比如直线加速或者改变方向。
对追猎过程的数学模拟。红圈和蓝圈分别代表猎物和捕猎者的可能位置，蓝圈覆盖红圈的范围越大，捕猎成功率越高。高角羚速度越快，两步中可以到达的范围越小，被猎豹活动范围覆盖的可能性就越大。图片来源：参考文献[1]
真实的追猎数据表明模拟是成功的。在现实中，斑马和高角羚频繁地做出90度转向的动作，而狮子和猎豹相应地需要常常减速拐弯，一直保持自己的速度只比目标快上那么一点点——这恰恰就是模拟中得出的最优化捕猎策略。
Farnhill还从项圈测定的奔跑速度发现，捕食者们也更善于加速和减速。这符合我们对于捕食关系的预期——大猫们总得比自己的猎物更快一些才不会饿死。斑马和高角羚的策略则不同，它们需要考虑节约能量和逃避追捕之间的平衡，而且作为一个种群，可以允许少量个体被捕食，所以不会一味争取比捕食者们更快。
捕食者和猎物之间其实有着巧妙的平衡。
有趣的是，在模拟中，狮子追猎高角羚的成功概率非常低。相应地，狮子在现实中也只会偶尔去碰碰高角羚的运气，而不会执念于此。这也进一步反映出捕食关系的特化——在漫长的演化过程中，每一对大猫和猎物的组合都互相适应着对方的速度和策略，精打细算地分配自己的能量，维持着大猫足以糊口、猎物种群足以延续的捕猎成功率。（编辑：明天，阿珂的剑）
滑动查看参考文献：
[1] Wilson, A. M., Hubel, T. Y., Wilshin, S. D., Lowe, J. C., Lorenc, M., Dewhirst, O. P., ... & Woledge, R. C. (2018). Biomechanics of predator–prey arms race in lion, zebra, cheetah and impala. Nature.
[2] Crow, M. T., & Kushmerick, M. J. (1982). Chemical energetics of slow-and fast-twitch muscles of the mouse. The Journal of general physiology, 79(1), 147-166.
[3]Hill, A. V. (1950). The dimensions of animals and their muscular dynamics. Science Progress (1933-), 38(150), 209-230.
果壳网
ID：Guokr42
整天不知道在科普些啥玩意儿的果壳
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