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飞得最快的鸟是游隼，跑得最快的哺乳动物是猎豹，游得最快的鱼是谁？ “旗鱼，最高速度每秒35米。”给出答案的你先等等，来听一个冲刺的故事。 马萨诸塞大学的远洋研究实验室，一直在观测记录大型海洋生物，金枪鱼、旗鱼、海龟的生态活动。实验室给蓝鳍金枪鱼的背鳍上安装监测速度和位置的微型记录仪，仪器用于短期采集数据，跟随金枪鱼巡游1个月后自动脱落。掉落的记录仪漂浮到海面上会发出信号，跟实验室合作的渔民看到信号后能及时回收脱落的仪器。 刚过1个星期，渔民送来第1份记录仪。仪器原本装在一条400公斤的蓝鳍金枪鱼身上，现在被撕裂了，掉到海里。下载了记录仪里的数据后，实验室震惊了。仪器脱落的原因是因为金枪鱼游得太快了，扯掉了附着在背鳍上的记录仪，它的速度达到64米/秒。 金枪鱼64米/秒的速度超过旗鱼记录将近2倍，只是金枪鱼的速度仅是瞬时冲刺速度，不能长久保持。 还有比金枪鱼更快的鱼吗？生物学家没法记录每一条鱼的冲刺速度，做不到精确比较。不过鱼类的速度高手有张公认的榜单，在游得最快的鱼类名单中，旗鱼、剑鱼、金枪鱼是前3强。 同样是鱼，速度高手为什么能比其他鱼儿游得快？跟身体结构，运动效率，游泳姿势密切相关。速度高手各有各的天赋，不过它们拥有成就最快速度的共同点：体重偏重、体温高、体表阻力系数小。在海洋里，你只要按照这3个共同点去找鱼，无论是硬骨鱼还是软骨鱼，找出来的鱼儿一定能游得飞快。  体重偏重无论是陆地奔跑、天空飞翔，还是海洋巡游的动物，速度最快的高手，体重和身材在本活动领域中，属于中上水平。 体力和能量爆发的比值有个最佳点，这个点的范围只处于体重在中上水平的动物之中。长时间高速运动跟肌肉的有氧代谢有关，而最高爆发速度，也就是最快速度，跟无氧代谢紧密联系。当你慢跑或骑行时，身体依靠有氧代谢分解的糖份来提供能量。当你从事剧烈运动，比如冲刺和举重，有氧代谢满足不了能量需求，这时你进入无氧代谢模式，消耗的是储存在肌肉中的能量（腺苷三磷酸，ATP）。无氧代谢产生能量的速度更快，但维持时间也更短，只能做到暂时性的爆发。  小个头的动物身体肌肉不够，储存的能量有限，最快速度比不上大个头。不过最快速度也不仅仅只依赖肌肉，如果速度只由肌肉组织和动物步幅长度决定，那尺寸最大的动物应该是速度最快的动物，事实并非如此。体重更重的动物需要的启动能量更多，大个头的动物在加速时需要的时间更长，能量储存的局限限制了它的最快速度。 最快速度由体重决定，看似粗暴直接的推论，在生物界，它的准确率为89.3%。接近90%的准确率，适用于生物界内的绝大多数动物，包括飞鸟爬虫，走兽游鱼。  上图是3个领域，天空，陆地，海洋，动物们体重和最快速度的曲线图。根据图中的驼峰曲线，还可以推测出恐龙奔跑的最高速度，也就是说，个头巨大的霸王龙，跑得并不快。图中绿色是天空领域，包括飞虫和鸟类。黄色是陆行领域，包括爬虫和走兽。蓝色是水域，鱼虾鲸鱼都在其中。飞行和奔跑动物的速度随体重增长的曲线形状相似，不同的是飞行动物的速度是奔跑动物的6倍。对于鱼类来说，最高速度随体重增长的曲线更为陡峭，这意味着，在水里，体重增长对速度提高的优势大过在空气中。  上图是海洋生物的体重与最快速度的对应图，个头过小或过大，都不能游得最快，中上水平的体重，是爆发速度高手的最佳条件。 来看海洋速度高手的体重，成年旗鱼50～100公斤，剑鱼70～120公斤，金枪鱼中蓝鳍金枪鱼最大，平均220公斤。3种鱼类的个头比大多数鱼类要大，但比鲨鱼和鲸要小一些。[头条-法兰西is培根-]  体温高除了体重外，速度跟体温密切相关。就像你在运动前热身一样，先有温度后有速度。在天空中，温血动物的速度比冷血动物要快，比如体重相同的蜂鸟和蝴蝶，鸟比蝶快。在陆地上也一样，同等体重下，哺乳动物比爬行动物快。 水域跟天空和陆地都不同，水的传热比空气要快，海水带走身体热量的速度比空气快25倍。在海洋里，温血动物需要消耗很大的能量来保持体温，它们用于速度的能量就有所欠缺。所以在海洋里，温血动物的速度比冷血动物要慢。同样体重的鱼类和鲸类，鱼比鲸快。 抛开海洋里的温血动物不说，在冷血的鱼类里面，依然是先有温度后有速度，体温高的速度比体温低的要快。虽然鱼是冷血动物，但并不是所有的鱼体温都跟周围海水一样，速度高手的身体比其他鱼儿更加热乎。低温阻碍鱼儿大脑和肌肉的活动，延长反应时间。冻僵了的鱼，它的运动也会慢一拍。体温高的鱼，不仅游得快，还游得远。在寒冷水域，体温决定了速度。在广袤海洋，体温还决定了距离。  上图是13种鲨鱼和硬骨鱼的速度和巡游距离。蓝色代表低温鱼，红色代表高温鱼。圆形是硬骨鱼，三角形是鲨鱼。同等体重下，体温高的鲨鱼比体温低的鲨鱼，速度快2倍还多。同等体重下，体温高的硬骨鱼比体温低的，速度要快更多。 剑鱼和金枪鱼体温比其他鱼类要高，它们身上自带加热系统，不畏惧冰冷的海水。  金枪鱼，寒冷水域里核心体温能高出周围水温20℃，潜入1000米以下的深海里也能保持迅捷运动。 金枪鱼身上血管的布置跟其他鱼类不同，在肌肉和内脏器官之间，有一套特殊的网状血管。游水时肌肉产生的热量，会通过网状血管系统保存下来，提供给内脏，这套蓄热结构叫做逆流热交换器。金枪鱼身体产生的热量能保留下来，不会白白被水流带走。体内充足的热量让金枪鱼游得更快，消化食物的效率也更高。 剑鱼，不像金枪鱼一样给全身都加热，它只局部加热最重要的头部。剑鱼的眼睛旁边有一套类似金枪鱼的逆流热交换血管，专门给流经眼睛和大脑的血液加热，它的眼睛和大脑温度通常保持在19℃～28℃。在只有3℃的冰冷海水里，剑鱼的视网膜温度能保持在20℃。温暖的眼睛带给剑鱼敏锐的视觉，在寒冷水域，它对运动图像的分辨率提高7倍以上。  体表阻力系数要达到最快速度，有了重量和温度还不够，还得看你的身材标准不标准，姿势优秀不优秀。 鱼儿的身形各不相同，游水姿势也各有特点。细节决定成败，有时尾鳍的弧度，摆尾的频率上有一小点儿变化，都能影响到最快速度。 各异的身材泳姿没法比较，不过有一个数字可以把它们统一起来：体表阻力系数。鱼儿破水前行时，会遇到水流带给身体的阻力。阻力跟身材，速度，姿势都有关系，在简化阻力计算时，生物学家引入一个阻力系数做参量，阻力系数越小，阻力也越小。鱼儿的体表阻力系数由身形和皮肤特性决定。 举个例子，汽车行驶时，受到空气阻力的影响。同样动力下，阻力越小，速度越快。车身呈流线型的跑车，阻力系数就很小，加速也就越快。鱼儿跟车子一样，方头方脑的鱼儿一看就知道游不快。 现在来看速度高手的体表阻力系数，风洞测试中，剑鱼和旗鱼的阻力系数分别为：0.0075和0.0091，金枪鱼和梭鱼的阻力系数与之相当。而同样测试下，狗鲨的阻力系数为0.022，鳟鱼的阻力系数为0.02，比速度高手的阻力系数要大得多。  体重偏重，体温高，体表阻力系数小，3个要素成就了海洋里的速度高手。 天下武功，唯快不破。跟人类刷新短跑速度一样，海洋里的速度高手也能一次次刷新冲刺速度。 更高更快更强，追求永无止境。 参考资料： 1：“A general scaling law reveals why the largest animals are not the fastest”，by Myriam R. Hirt et al., Nature Ecology & Evolution， 2017 2：“Comparative analyses of animal-tracking data reveal ecological significance of endothermy in fishes”，by Yuuki Y. Watanabe, PNAS, 2015 3：“Heat‐producing organ of the swordfish (Xiphias gladius): A modified eye muscle”， by G. De Metrio et al. 4：“Hydrodynamic Characteristics of the Sailfish (Istiophorus platypterus) and Swordfish (Xiphias gladius) in Gliding Postures at Their Cruise Speeds”，by Woong Sagong et al., PLOS ONE, 2013 |
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