河马不会飞但这种大型动物可以飞起来

1872年，加州斯坦福大学的创始人利兰·斯坦福聘请了一位名叫埃德沃德·迈布里奇的古怪发明家来帮助解决一个假定的(但未经证实的)赌注：奔跑的马的四只蹄子是否都离开地面?

迈布里奇是一位技艺精湛的摄影师，他曾拍到一匹“腾空而起”的马在小跑时的模糊快照——这是肉眼无法捕捉快速、细微动作的一个例子。他与其他人一起，建立了电影摄影技术。他还继续拍摄许多动物运动的图像，试图捕捉它们在空中的画面。关于另一种大型动物河马(他没有拍摄)，迈布里奇写道：

“在干燥的陆地上，其最快的步态几乎不可能不是缓步(意思是快速但仍然是四拍、横向序列);可能是小跑，但如果有的话，会有一段短暂的非支撑期。”

他说得对吗?作为一名科学家，我的研究部分集中在犀牛、大象和长颈鹿等大型陆地动物如何移动，以及重力如何独特地限制它们在陆地上的运动能力，我一直想知道河马如何在陆地上移动。

大多数人可能都认为河马在水中活动，它们确实在水中度过了大部分时间。但它们是两栖动物，大约三分之一的时间在陆地上度过。河马体型巨大(通常约1400公斤)，与幼象相似，在陆地上应该笨重缓慢，尤其是因为它们还必须适应水中生活，而且看起来如此笨重。但看似可能的事情和事实并不总是相同的。这就是科学的用武之地，用证据来解决问题。我们知道河马不会飞;它们没有翅膀，体型太大;但在重力的强大拉力下，它们能真正实现什么呢?

在最近的一项研究中，我们发现河马会小跑，但在高速时，它们可以四脚同时离地腾空。这很了不起，因为现在我们知道，河马是仍能快速腾空的最大动物之一，而且它们也适应了半水生生活方式。

一个简单的实验

研究有关河马运动的现有文献时，我发现并不清楚河马采用的步态范围或脚步顺序。

一些研究表明，它们采用“横向序列”行走模式，即“四拍”步态，先用左后脚接触地面，然后用左前脚，然后是右后脚，最后是右前脚。

其他人则表示，河马即使在较慢的速度下也只使用“小跑”模式。这里的小跑并不意味着以中等速度移动，例如慢跑。在对运动的科学分析中，与马术等其他领域一样，小跑是一种“两拍”步态，其中对角肢几乎同步移动，左后脚和右前脚接触地面，然后右后脚和左前脚相距约半个脚步周期(“步幅”)。

很少有科学研究考虑过河马在陆地上快速移动时会做什么。一些观察表明，至少在中等速度下，河马会小跑。

因此我设计了一个非常简单的实验，类似于迈布里奇所做的，但在今天却是一项平凡的活动：拍摄以不同速度移动的河马的数码视频。

我派我的本科兽医学生艾米丽·普林格尔(EmilyPringle)带着基本的GoPro相机前往英国北约克郡的火烈鸟乐园度假村(FlamingoLandResort)，为那里的两只成年河马拍摄视频。

在两天的间歇拍摄中，她注意到河马行动缓慢，只是走路。这并不奇怪。河马不仅在陆地上呆的时间不长(晚上在谷仓里看不见)，而且没有办法激励它们快速移动——它们过着安全的生活。

我们的计划还有第二部分。互联网上充斥着野生动物的视频，所以我们在Youtube和其他网站上搜索了更多河马在陆地上以不同速度移动的视频，以“充实”我们的数据样本。这有助于将我们拍摄的两只动物园河马的视频放在更广泛的背景下。我们希望找到一些河马在更有动力(可能是野生)的条件下尽可能快地移动的镜头。

我们做到了。

感谢NaomiEkas教授，这是另一张野外河马快速奔跑的照片——拍摄于6月18日上午11:18(坦桑尼亚塞伦盖蒂中部)。看看它在干燥地面上奔跑了多长时间，然后，哇哦，看它跑完了全程!太神奇了。(经许可使用)pic.twitter.com/0EbVVtA4x4

—JohnR.Hutchinson教授(@JohnRHutchinson)2024年7月5日

视频证据

我们从32只河马的46个视频片段中收集了169个步态。大部分都是慢步走，但所有这些步态都涉及小跑模式。很明显，河马更喜欢小跑，而不是使用四拍横向序列模式，即使在低速时也是如此。

非洲野生河马和动物园的一些视频包含了最令人兴奋的发现。

在我们拍摄的46个河马视频中，大约有14个视频显示了至少短暂的“不支撑”阶段，正如迈布里奇所说的那样——四脚离地腾空而起。

最快的序列显示河马在空中停留了大约0.3秒。这似乎很短暂，但比一只脚在地面上停留的时间(只有0.2秒)要长。此外，像河马这样的大型动物的神经系统对跌倒的反应会有很长的延迟，因此这些空中停留时间可能会很危险。

我们的研究结果强调了河马在陆地上的运动方式有多么奇怪。与大多数其他哺乳动物(尤其是大型哺乳动物)不同，它们只是小跑，速度从慢到快。我们无法精确测量河马的移动速度，但我推测它们的速度可能不会比大象快多少，我之前曾展示过大象的移动速度最高可达25公里/小时(横向“慢跑”，从不腾空)。

河马能够快速腾空，这意味着它们比大象更具运动能力，但仍然不如白犀牛，白犀牛体型与河马一样大，但可以奔跑，因此可以腾空，而且可能比河马跑得更快。我研究过的其他大型动物(如长颈鹿，甚至灭绝的恐龙)也具有这种多样的运动能力，这显示出两种普遍模式。

首先，即使体重超过1,000公斤，仍然保留各种可以利用的运动能力，例如比慢走更快地移动，甚至可以腾空飞行。

其次，在如此大的体型下，最大速度不可避免地会下降。随着体型的增大，迟早必须牺牲一些运动能力，比如腾空能力，以换取巨大体型带来的诸多好处。