人跑得不快，為什麼長距離卻能追死獵物？
― 人類擁有少見的身體，能邊跑邊用汗水降溫
短距離賽跑，人類比不過鹿，也比不過狗。但如果是一場要跑上好幾個小時的比賽，情況就不同了。一般認為，人類的身體不是靠速度取勝，而是靠「邊跑邊散熱的能力」來和其他動物一較高下。
在公園裡和狗追逐，一下子就被甩得老遠。就連保持世界紀錄的田徑選手，最高速度也只有時速 44 公里左右。獵豹據說能跑到時速近 100 公里，人連它的一半都不到。
然而，市民馬拉松有成千上萬的人參加，一路跑完 42 公里。如果帶著狗跑同樣的距離，多數的狗到了半途就會停下來，吐著舌頭哈哈喘氣。
本來跑得快的動物，為什麼反而先累倒了呢？關鍵就在奔跑時身體裡不斷累積的「熱」。
擅長長距離的理由，只有兩個
人的皮膚上密密麻麻分布著出汗的孔，體毛也很稀疏。汗水蒸發時會帶走熱量，所以不必停下腳步，就能持續降溫。
四足奔跑的動物，據說每跳一步只能呼吸一次。用雙腳跑步的人，則可以自由改變「幾步呼吸一次」。
跑步時，肌肉會把所用能量的大部分變成熱。在長距離比賽中，決定勝負的不是跑得多快，而是怎麼把這些熱排掉。我們一個一個來看。
理由 1：汗水是可以邊跑邊用的冷卻裝置
肌肉從食物中得到的能量，真正能用來推動身體前進的，據說只有四分之一左右，其餘全都變成熱。即使慢慢跑，身體也一直在放出相當於好幾台電暖爐的熱量。
如果不把這些熱排掉，體溫會愈升愈高。所以人類會流汗。汗水在皮膚上變成水蒸氣時，會從周圍帶走大量的熱。負責出汗的小孔（汗腺），全身據說有 200 萬到 400 萬個。
其他許多動物就沒這麼方便了。狗只有腳掌附近有出汗的孔，主要靠讓舌頭上的水分蒸發來降溫。有毛皮的動物即使流汗，毛也不容易乾，熱不容易散出去。人類體毛稀疏，一般認為正是為了讓汗水容易蒸乾。
那麼，汗水到底能把身體冷卻到什麼程度呢？請看圖 1。跑得愈快，產生的熱（往右上升的實線）就愈多。超過汗水能散掉的熱（橫向虛線）之後，體溫就開始上升。
體重 60 公斤的人，如果每小時流 1 公升的汗，算起來在時速 12 公里左右以內，都能把熱排掉（計算過程在最後的摺疊區）。據說受過訓練的選手每小時甚至能流近 2 公升的汗，因此能以更快的速度持續跑下去。
理由 2：可以自己選擇呼吸的節奏
四足動物全力奔馳時，身體會大幅地前後彎曲、伸展。胸腔和腹腔裡的內臟，每一次都像活塞一樣被推擠。因此據說每跳一步只能呼吸一次。
狗和鹿不靠汗水，而是靠快速的呼吸（喘氣散熱，英文叫 panting）來排熱。但在全力奔跑時，呼吸次數被步伐綁住了。一旦熱累積起來，就只能停下來喘氣。
用雙腳跑步的人類，胸部不會被步伐強烈束縛，可以自己選擇兩步呼吸一次、三步呼吸一次。而且散熱是汗水的工作，呼吸就能專心負責吸入氧氣。
在非洲南部的喀拉哈里沙漠，曾有人記錄到這樣的狩獵：在炎熱的白天，花好幾個小時一路追著大型羚羊跑。獵物每次逃跑都會累積熱量，還沒來得及休息降溫就被追上，最後動彈不得。不過，馬是少數和人類一樣會流汗的動物。在英國，有人與馬在山路上比賽的活動，據說通常是馬獲勝，人類獲勝的情況很少見。
腳跟的阿基里斯腱和腳底的足弓，每次著地都會稍微被拉長，把能量儲存起來，到下一次蹬地時再釋放。一般認為，有了這副「彈簧」，跑步用掉的力氣有一部分可以重複利用。
不過，這種散熱方式也有弱點。汗水要蒸發了才能帶走熱。在悶熱、汗水不易蒸乾的日子，或是身體缺水的時候，圖 1 的虛線就會大幅下降。夏天長跑時，要勤喝水、放慢速度，這很重要。身體的熱超過極限時會發生什麼事，在中暑的文章裡有詳細說明。
總結
就跑得快這一點，人類輸給其他動物。但人類憑著大量的汗腺和稀疏的體毛，能邊跑邊散熱，又讓呼吸節奏不受步伐限制，所以能一口氣跑上好幾個小時。決定長距離勝負的，是能持續散掉多少熱。
人類不是靠速度，
而是靠「邊跑邊降溫」的能力一較高下的動物。
不會流汗的動物如何降溫，請看狗為什麼會吐舌頭哈哈喘氣；天冷時身體怎麼製造熱，請看身體為什麼會發抖。
- 跑步前，以及跑 10～20 分鐘之後，各站上體重計量一次（中途不要喝水，時間也要短）。減少的重量，大部分是以汗水和呼出的氣體排出的水分。
- 跑步時，數一數自己幾步吸一次氣。慢跑和稍微加快時，節奏應該會不一樣。
- 把溼毛巾綁在手臂上，用扇子搧風。隨著毛巾變乾，你會覺得涼涼的，這和汗水帶走熱量是同樣的原理。
量體重的實驗，請選在身體狀況良好的日子，並在涼爽的時段進行。如果覺得頭暈或不舒服，請立刻停止並休息。
想知道更多的人 ― 用語、算式，以及和課本的關聯從國中自然科到大學專業課程，都會標明是哪個程度的內容
- 國中國中自然科會學到的範圍
- 高中高中「生物」「物理」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本中以專欄形式介紹的內容
- 大學高中不會學到的大學專業課程（運動生理學、比較生理學、人類學）內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教，是研究者目前還在調查的話題
國中用語：這個現象是有名字的
- 汗腺（外泌汗腺）：皮膚上負責排汗的小器官。人類全身都有分布，負責降低體溫。
- 汽化熱（蒸發熱）：液體變成氣體時，從周圍奪走的熱。1 公克的汗水蒸乾時，據說會帶走約 2.4 千焦耳的熱。
- 喘氣散熱（panting）：用淺而快的呼吸，讓舌頭和口腔裡的水分蒸發來降溫。狗、鹿等汗少的動物會這樣做。
國中高中用算式確認：汗水還能冷卻得了的最快配速是多少？
求出跑步產生的熱，和汗水蒸乾所帶走的熱剛好平衡時的速度。這裡假設在炎熱的日子，且不考慮汗水以外的散熱。
| 用符號寫 | v ＝ L × m ÷ （ f × C × M ） |
| 用文字寫 | 冷卻得了的最高速度 ＝ 每小時汗水能散掉的熱 ÷ 每跑 1 公里產生的熱 |
| 這個算式的來源 | 為了維持固定體溫的熱平衡。把「跑步產生的熱 ＝ 汗水散掉的熱」這個能量守恆式，改成解出速度的形式 |
| L | 汗水的蒸發熱（千焦耳／公克） |
| m | 每小時蒸乾的汗水量（公克） |
| f | 所用能量中變成熱的比例 |
| C | 體重每 1 公斤跑 1 公里所用的能量（千焦耳） |
| M | 體重（公斤），v 是速度（時速 km） |
| 體重 M | 60 kg |
| 體重每 1 公斤跑 1 公里的能量 C（據說幾乎不受速度影響） | 約 1 大卡 ＝ 約 4.2 千焦耳 |
| 變成熱的比例 f | 約 0.8 |
| 汗水的蒸發熱 L | 每公克約 2.4 千焦耳 |
| 每小時蒸乾的汗水 m | 1000 公克（1 公升） |
| 每小時汗水能散掉的熱（千焦耳） | 1000 × 2.4 ＝ 2400 |
| 跑 1 公里所用的能量（千焦耳） | 60 × 4.2 ＝ 252 |
| 其中變成熱的部分（千焦耳） | 252 × 0.8 ＝ 201.6 |
| 冷卻得了的最高速度（時速 km） | 2400 ÷ 201.6 ≒ 11.9 |
| 把汗水的冷卻換算成瓦（1 小時＝3600 秒） | 2400000 ÷ 3600 ≒ 667 |
時速約 12 公里，相當於 1 公里跑 5 分鐘左右的配速。這和一般跑者用 3 個半小時上下跑完全程馬拉松的速度相近。如果汗量是 1 公升，比這更快的話，算起來身體就會累積熱量。若汗量是 2 公升，分界會加倍，升到接近時速 24 公里。實際上，因為悶熱，以及汗水沒蒸乾就流掉的部分，分界還會更低。
高中高中＋體溫調節與跑步方式的演化
高中體溫是由腦部的下視丘調節皮膚的血流和汗量來維持的。運動使體溫上升時，皮膚的血管會擴張，把變熱的血液送到身體表面，再用汗水冷卻。
高中＋四足動物有一種「步伐與呼吸同步（locomotor-respiratory coupling）」的現象，奔馳的 1 步和 1 次呼吸是 1 對 1 綁在一起的。1983 年的研究顯示，人類的這個比例可以變成 4 對 1、3 對 1、2 對 1 等。
大學耐力跑假說與熱收支
2004 年，生物學家布蘭布爾（Bramble）與人類學家李伯曼（Lieberman）提出「耐力跑假說」，主張人類身體的許多特徵，是為了長距離奔跑而被選擇下來的。他們舉出的根據有阿基里斯腱的長度、腳底的足弓、靠頸後韌帶（項韌帶）穩定頭部、發達的臀部肌肉等。在運動生理學中，身體的熱進出會以「熱收支式」處理，也就是從代謝產生的熱中，扣掉做功、傳導、對流、輻射、蒸發各項。本文的計算，是只保留其中蒸發這一項的近似。
📖 算式的推導，以及更進階的內容：布蘭布爾與李伯曼的論文（《自然》期刊，2004 年） ／ 蒸發熱（維基百科，日文）
研究目前還不清楚的事
- 持久狩獵當年究竟有多普遍？ 有記錄的例子有限，它是否曾是人類歷史上主要的狩獵方式，也有人持反對意見。
- 體毛是什麼時候變稀疏的？ 毛不會留在化石裡，只能從基因等資料間接推測，時間範圍還很寬。
- 耐熱的身體能鍛鍊到什麼程度？ 已知習慣炎熱後，汗會出得更早、更多，但個體差異和極限的機制仍在研究中。
換句話說，本文的內容也只是「就目前所知範圍的說明」。尤其是「人類為了跑步而演化」這個想法，只是有力的假說之一，並不是已經確定的定論。
與課本的關聯（依程度區分）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的對應處 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科：狀態變化、動物的身體構造 | 汗水蒸乾會帶走熱、汗腺 |
| 高中 | 生物：體內環境的維持／物理：熱量 | 下視丘的體溫調節、熱平衡的計算 |
| 高中＋ | 生物進階：動物的行為與演化 | 步伐與呼吸的同步 |
| 大學 | 運動生理學・自然人類學 | 耐力跑假說、熱收支式 |
| 研究 | 人類演化、熱適應 | 持久狩獵的分布範圍、體毛變少的時期 |
| ― | 與生活的連結 | 夏天跑步要補充水分、放慢配速的原因 |
- Bramble, D. M. & Lieberman, D. E. (2004) Endurance running and the evolution of Homo. Nature 432, 345–352.
- Bramble, D. M. & Carrier, D. R. (1983) Running and breathing in mammals. Science 219, 251–256.
- Liebenberg, L. (2006) Persistence hunting by modern hunter-gatherers. Current Anthropology 47, 1017–1026.
- 汗腺 (汗腺) - 維基百科（日文）
- 丹尼爾・E・李伯曼（Daniel E. Lieberman）《人體600萬年史》（『人体600万年史』，早川書房 (早川書房)）
※本文是為一般讀者撰寫的科學解說。文中的數值是用來理解原理的參考值與概算。汗量與耐熱程度有很大的個人差異。在炎熱的日子運動時，請依自己的身體狀況量力而為，並遵守主辦單位及地方政府有關中暑的指示。