人类与霸王龙赛跑，能跑的过吗？

　　一头巨大的霸王龙迈着长腿在公路上飞奔，“啪”一声将停在路边的车子一脚踩扁，“哗”一下将行驶中的汽车掀翻在地……这是电影《侏罗纪公园》中的场景。看了电影，人们对恐龙的恐惧又加深了，如果连汽车都跑不过恐龙，那么未来某一天，科学家真的将恐龙复活，人类不就危险了吗?好在，科学家研究发现，这不过是电影的艺术夸张，如果恐龙与人类同场赛跑，胜者很可能是人类。

　　“博尔特”是如何练成的

　　长期以来，美国斯坦福大学的生物学家约翰·哈钦森都在研究这样一个问题：恐龙究竟跑得有多快?

　　动物想跑得快，主要依靠的是腿部的肌肉力量，腿部肌肉所能施加的力则取决于它的横截面积——也就是两个因素：肌肉长度和肌肉宽度。根据这个说法，长得越高大强壮的动物，必然拥有愈加强壮的腿部肌肉，它们理应跑得更快。但实际上，大型动物，比如大象和犀牛，并不是运动速度最快的动物，而小型动物，老鼠和猫咪，跑得也并不慢，为什么会这样呢?

　　哈钦森想到了“平方-立方定律”：动物的体型取决于三个因素，长度、宽度和高度，而动物的表面积只由长度和宽度决定，因此体型增加的速度比表面积快得多。随着动物体型增大，它需要强大的肌肉来支撑身体，但是体型和质量增加的速度比肌肉能支撑的质量增长得更快，体型超过一定等级，力量就无法维持平衡，也就无法很好地实现站立、移动和奔跑等功能。

　　那么怎么样的体重最适合奔跑呢?德国生物学家米丽娅姆·赫特提出了体重与速度之间的抛物线关系，她认为最适合奔跑的陆生动物体重为90千克，超过或低于这一体重都会影响其速度，而水生动物由于有浮力的帮助，最佳体重可以略重一些。

　　赫特提出这一关系，主要考虑两个因素，第一个是动物总肌肉量，这与它的体重成正比，第二个因素是它的体重加速度，也即肌肉纤维分解三磷酸腺苷(ATP，生物体内最直接的能量物质)的能力。分解ATP越多，运动过程中供能时间越长，能维持肌肉更有力且更持久的收缩，使动物的奔跑速度越快。肌肉纤维分解ATP的能力与新陈代谢速率有关，新陈代谢越快，消耗ATP越多。而动物的新陈代谢速率与体重成反比，如果人类的新陈代谢速率与老鼠成正比，我们必须每天吃大约11千克的食物，实际上我们每天仅吃1.8千克的食物。也就是说，如果体重超过某个限度，奔跑速度反而会下降。综合考虑上述因素，赫特提出了最适合奔跑的体重。

　　不过，除了体重外，身体结构也影响着奔跑速度，比如猎豹的体重与成年男性接近，但是两者的奔跑速度截然不同。因此我们不能仅凭恐龙太重就否定它的速度。可是，现在恐龙只剩下了骨骼化石，我们很难直接获知其速度。

　　假想恐龙能跑多快?

　　好在，科学家运用自己的聪明才智“想象”出了恐龙的奔跑速度。

　　1976年，英国动物学家罗伯特·亚历山大通过观察分析小到雪貂、大至犀牛的大量动物的活动，总结出了一个重要规律：每种动物奔跑时都有类似的步态。步态是一个工程学术语，指的是只要改变它们的体型比例，就可以获得简单相同的运动姿态，就像不同大小的钟摆拥有相同的摆动频率一样。正如人们知道钟摆的长度和角度，即可算出它们的摆动频率，亚历山大的发现让科学家能够仅依据臀高和步长，估算出恐龙的奔跑速度。2020年，美国古生物学家亚历山大·迪卡奇将赫特和亚历山大的研究结果融合在一起，估算出了71种恐龙物种的奔跑速度。

　　迪卡奇的估测结果显示，多数恐龙的奔跑速度慢于人类，但也有一些恐龙速度比人类快，比如肉食性的艾伯塔龙时速为35千米，霸王龙的时速则达到了令人恐怖的73千米。目前人类最快的奔跑速度为牙买加人尤塞恩·博尔特于2009年创下的百米短跑记录，时速可达到44千米，但这也只是人类百米冲刺的最快速度，奔跑时间稍长，人类速度就会快速下降了。这样看来，人类要是遇上艾伯塔龙，不就危险了吗?

　　不过，迪卡奇的模型只考虑了动物的步态和动力，却没有考虑动物的肌肉和骨骼的受力，恐龙跑动的时候它的肌肉和骨骼能支撑身体吗?哈钦森想出了一个好方法：运用计算机程序来分析动物的运动。在计算机程序中，改变生物的力学参数——姿势、重心、腿部重量和总重量等——研究人员可以快速量化运动过程中施加的物理力以及支持各种姿势和速度所需的肌肉量，如果生物原有的肌肉量能支撑其奔跑所需要的肌肉量，就说明它可以跑得足够快。

　　编写好程序后，哈钦森运用来自霸王龙的远亲——鳄鱼和鸟类——以及人类等活体动物的数据测试了程序的准确性。结果显示，鸟类和人类快速奔跑所需要的肌肉量仅为其实际肌肉量的一半，而鳄鱼的肌肉质量则只有其快速奔跑所需量的一半。与事实相比，模型基本符合，鳄鱼的奔跑速度确实比鸟类和人类慢得多。

　　研究人员用这套程序研究了恐龙的奔跑速度。模型显示，要以每小时约73千米的速度奔跑，成年霸王龙屈膝时每条腿承受的重量相当于体重的43%，这意味着要完成这套动作，单腿重量最少为体重的43%，两条腿就占了全身体重的86%。这几乎是不可能的，因为如果腿部的重量为体重的86%，身体的其他部位，比如骨骼、内脏和其他肌肉等仅占体重的14%，还能完成正常的生理机能吗?实际上，霸王龙的腿部肌肉仅占体重的20%左右，据此估计，霸王龙的最大时速约为16到40千米。

　　英国科学家威廉·塞勒斯运用的模型主要考虑了霸王龙骨骼对其运动的影响。研究人员用计算机模拟了霸王龙肢骨受到的所有压力，然后对受到冲击时的骨骼载荷进行了估算。结果表明，霸王龙无论采用什么跑动步态，都无疑会造成无法承受的高骨骼载荷。换句话说，任何形式的跑动都会使霸王龙的腿骨折断。这进一步降低了霸王龙的速度，塞勒斯估计，霸王龙的时速为18到29千米。

　　好在，即使霸王龙跑不快，它的捕食对象——那些大型食草恐龙，例如三角龙或鸭嘴龙，也都跑得不快。这样，霸王龙就不需要为了捕食而特意训练自己的奔跑速度了，如果有一天，霸王龙遭遇人类，它们的奔跑速度也不会突飞猛进。因此，未来如果恐龙真的复活了，我们也不必过度担心，尽全力奔跑就有很大的机会成功逃脱其魔爪。