许多四足哺乳动物可以达到比两足人类高得多的跑步速度。非常适合短跑的动物，例如猎豹或羚羊，其特点是身体修长，腿长，脊柱特别灵活，可以在跑步时达到非常高的速度。包括科隆大学动物研究所研究人员在内的跨学科团队现已开发出一种模型，该模型将这些特征考虑在内，并可以计算出任何体型动物的最大奔跑速度。他们的研究结果发表在《理论生物学杂志》上的文章“自然方程式跑步的规则：后期站立时的肌肉力学是解释最大跑步速度的关键”。
东京奥运会在即，其中一大亮点将是男子100米短跑。顶级短跑运动员可以达到近 45 公里/小时的跑步速度。这听起来令人印象深刻，但与动物王国的冲刺表现相比，实际上并不是这样。仅相当于家猫的最高速度。猎豹的奔跑速度可以提高两倍以上(超过 100 公里/小时)，但其他动物，如羚羊(90 公里/小时)，甚至疣猪和野兔(略低于 60 公里/小时)的速度会超过人类短跑运动员。
由 Michael Günther 博士(斯图加特大学)领导的研究小组调查了这些动物的最高速度所依赖的物理和生物因素。在此过程中，研究人员对有关身体设计重要性的问题给出了全面的答案，例如：“为什么中型动物能达到自然最大速度?”、“哪些主要特征决定了最大跑步速度?”以及“什么特性限制了速度?”
他们理论工作的核心是推进腿力和要克服的空气阻力的物理平衡，以及推进肌肉的惯性。他们展示了一种改变动物身体结构形状的主要途径，作为适应快速腿驱动运动的身体大小(异速生长)的函数。“这一主要途径描述了生物体的形状必须如何随着体型的变化而变化，以实现高速运行，以及特定的形状如何影响可以达到的最大速度，”来自伦敦大学的 Tom Weihmann 博士说。科隆动物研究所。
经典的例子是老鼠和大象。大象大小的老鼠根本无法生存，因为它的骨头会在自身重量下断裂。与体重相比，大象的骨骼更厚更重，腿更长更直。这些特征使动物的巨大体型成为可能。然而，沉重的骨骼和笔直的腿限制了它们的最高速度，这远低于猎豹——尽管大象腿要长得多。
然而，最高速度不仅取决于尺寸，还取决于结构，例如腿的数量和脊柱的活动度。例如，许多四足哺乳动物能够达到比人类和鸟类等双足动物更高的跑步速度，因为它们可以驰骋，利用躯干肌肉进行推进。“然而，如果动物变得太重，那么更强大的肌肉也无济于事，因为更大的肌肉需要更多时间以最高速度收缩。因此，冲刺速度再次开始下降的体重限制约为 50 公斤，这与我们星球上最快的短跑运动员猎豹和叉角羚的平均体重相当接近，”魏曼解释说。
该模型甚至可以应用于幻想生物。例如，JRR Tolkien 的《指环王》中的巨型蜘蛛 Shelob 将能够达到约 60 公里/小时的最高速度。在人体几何学方面，该模型显示运动中的顶级短跑运动员已经非常接近他们的最佳速度。除了特殊跑鞋或外骨骼等技术应用，提供加长杠杆或额外弹性，只有更长的腿或更有弹性的肌腱才能实现更高的速度。
