長頸鹿脖子那么長，心臟要多努力才能把血泵到腦袋啊？

長頸鹿是一種在比例上非常“抽象”的生物。

成年長頸鹿，腦袋頂在五米高的天上，心臟在一米九的地方辛苦“打工”，每天的重要任務之一，就是把血液從胸口，垂直往上泵兩米多，送到大腦。散步要泵，奔跑要泵，就連優(yōu)雅地低頭喝個水，也要泵。長頸鹿的心臟約重 11 千克，血壓足足是人類的 2.5 倍！

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那么問題來了，血壓如此之高，長頸鹿究竟是怎么活下來的？答案可能藏在它們修長的四肢里。

長頸鹿的心臟，全年無休打“硬仗”

成年長頸鹿在心臟位置測量到的平均動脈血壓（MAP）高達200 到 250 毫米汞柱（mmHg），而其他哺乳動物的這一數值通常在 90 到 100mmHg 左右。長頸鹿的血壓，是大多數動物的兩倍還多。放到人類身上，這已經是遠遠高于重度高血壓的危急數值了。

為什么會這么高呢？因為只有足夠的壓力，血液才能達到高高的腦部。

血液在血管里垂直上升，每升高 1 米，心臟就需要額外提供 77mmHg的壓力來對抗重力。長頸鹿的頭部通常比心臟高出兩米以上，那么心臟必須額外輸出超過 150mmHg，才能保證血液順利抵達大腦。

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這一結果的代價也非常高的。為了維持這種血壓，長頸鹿左心室的能量消耗，占到了全身靜息代謝率的 16%。而一頭同等體重、脖子沒有那么長的哺乳動物，這個數字只有 9%。

更麻煩的是，這份負擔沒有任何喘息的空間。無論長頸鹿是站著、走路、還是奔跑，血壓都始終維持在高位。就連它把頭低下去喝水的時候，高血壓也并不會降下來。這是因為這種高血壓已經深深植根于長頸鹿全身的生理結構和基因演化之中，變成了一種持續(xù)性的生理狀態(tài)。

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可以說，由高血壓帶來的心臟高耗能，貫穿了長頸鹿的整個成年生活，成為了心臟的一份持續(xù)不斷的沉重負擔。

長頸鹿的大長腿：裝上托舉心臟的“電梯”

就沒有什么辦法能給長頸鹿的心臟降降壓嗎？

有，而且事實上，演化早就已經這么做了——就是它們修長的四肢。

腿越長，心臟離地面就越高。對于一頭身高 3.88 米的成年長頸鹿來說，它的心臟大約位于距地面 1.94 米的位置，大概是肩關節(jié)的高度。心臟被“抬高”之后，它到大腦之間的垂直距離就被縮短了。需要對抗的重力更小，所需的血壓自然也相對更低了。

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在一項于 2025 年發(fā)表在《實驗生物學雜志》（Journal of Experimental Biology）的研究中，研究人員做了一個十分形象的對比實驗。他們虛構了一種名叫“elaffe”（取自伊蘭羚羊eland 和長頸鹿giraffe 兩個詞）的假想生物，它長著伊蘭羚羊（Taurotragusoryx）的身體和腿，卻有著長頸鹿的脖子。他們想看看如果長頸鹿只有脖子長，腿和伊蘭羚羊一樣短的話，會變成什么樣。

結果發(fā)現，真實的長頸鹿由于心臟被抬高，MAP 為214mmHg，左心室的能量消耗占全身靜息代謝率的 16%；但假想的短腿長頸鹿心臟位置更低，為了把血泵到同樣高度的頭部，MAP 必須飆升到286mmHg，左心室的能量消耗占比將高達 21%。

這張對比圖展示了三種體型的心臟“能量賬單”，紅點代表心臟的位置。伊蘭羚羊（中）心臟負擔最輕，僅占全身能耗的 8.9%。如果一個生物只長脖子不長腿（右側假想的“elaffe”），它的心臟負擔會飆升至 21%。而現實中的長頸鹿（左）通過長腿抬高了心臟位置，成功將能耗降低到了 16%。圖源：參考文獻[1]

就是這樣，長頸鹿利用長腿將心臟抬高到更靠近頭部的位置，從而“節(jié)省”了從食物中攝取能量的 5%。一年下來，這相當于節(jié)省了超過 1.5 噸的食物——這在非洲大草原上可能意味著生死之別。

事已至此，為什么不把心臟長到脖子上？

既然問題出在垂直距離上，那為什么不干脆把心臟移到更高的地方，比如脖子的高處，進一步降低血壓、減少能耗呢？

心意是好的，但很遺憾，這會讓長頸鹿被自己“淹死”。準確地說，是患上肺水腫。

心臟有兩套泵：一套負責把血液推送到全身（體循環(huán)），另一套負責把血液送入肺部（肺循環(huán)）。體循環(huán)可以高壓運行，但肺循環(huán)必須保持低壓——因為肺泡壁非常薄，如果肺部血壓過高，液體就會穿透毛細血管壁滲入肺泡，影響氧氣交換，引發(fā)心源性肺水腫（cardiogenic pulmonary oedema）。

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對于長頸鹿來說，肺部毛細血管能承受的臨界壓力是 27mmHg。由于心臟和肺必須處于同一水平位置，心臟的位置也就決定了肺部所受的靜水壓。研究者計算后發(fā)現，如果長頸鹿的心臟從現在的位置往上挪動哪怕區(qū)區(qū) 35 厘米，重力產生的流體靜水壓就會讓肺動脈和肺靜脈底部的壓力突破 27mmHg的臨界點，引發(fā)肺水腫。

這樣看來，長頸鹿的心臟位置也只能卡在在胸腔里了，沒法再往上偏移。

和恐龍比一比：誰才是真正的“極限王者”？

既然說到了高壓泵血，就不得不提另一個候選人：蜥腳類恐龍。

包括超龍（Supersaurus）在內的這些脖子長達 15 米的龐然大物，如果像長頸鹿一樣把脖子垂直舉起，為了克服靜水壓力，MAP 必須升至 1350mmHg。更保守的估算，對于那些需要產生 750mmHg血壓的稍小型蜥腳類來說，光是心臟的能量消耗，就會與身體其余所有部位的總耗能相當。

這本能量賬根本算不下去。

超龍（橙色）、阿根廷龍（紅）和馬門溪龍（灰）與幾種巨型蜥腳類恐龍的體型對比。圖源：KoprX/ Wikipedia

因此，研究人員的結論是，最大的蜥腳類恐龍，可能根本無法將脖子抬得比肩膀高出太多。在它們能承受的極限高度下，為頭部供血所需的血壓，其實與大型長頸鹿的數值差不多。

換句話說，雖然恐龍的脖子遠比長頸鹿長，但它們用脖子“垂直挑戰(zhàn)重力”的能力，并不比長頸鹿更強。

到目前為止，成年長頸鹿心臟與直立頭部之間的垂直距離，依然是陸生脊椎動物演化史上的最高紀錄。無論是最大的獸腳類恐龍、鳥腳類恐龍，還是猛犸象、巨犀，都沒能突破這一極限。

長頸鹿的長腿雖然在平時能幫心臟“節(jié)能”，但在喝水時卻成了一個大麻煩。正常站立時，它們的心臟離地 1.94 米。但由于腿部過長，它們必須極度叉開雙腿才能讓頭夠到水面，這會導致心臟位置下降 0.48 米。這種“劈叉”姿勢不僅讓它們看起來狼狽，更讓它們在面對獅子時難以迅速起身逃命，是其生命中最脆弱的瞬間之一。圖源：參考文獻[1]

當然，長腿并非沒有代價。比如，由于腿太長，長頸鹿喝水的時候必須極度叉開腿，看起來有些狼狽，也不利于應對突如其來的捕食者；由于杠桿臂過長，奔跑速度也因此受到限制等。

但換來的，是心臟多活了很多年，以及高處那些夠得到的金合歡樹葉。這就足夠了。

參考文獻

[1]Seymour, R. S., & Snelling, E. P. (2025). How long limbs reduce the energetic burden on the heart of the giraffe. Journal of Experimental Biology.

[2]Agaba, M., Ishengoma, E., Miller, W. C., McGrath, B. C., Hudson, C. N., Reina, O. C. B., Ratan, A., Burhans, R., Chikhi, R., Medvedev, P., Praul, C. A., Wu-Cavener, L., Wood, B., Robertson, H., Penfold, L., & Cavener, D. R. (2016). Giraffe genome sequence reveals clues to its unique morphology and physiology. Nature Communications, 7(1), 11519. https://doi.org/10.1038/ncomms11519

[3]Roger S. Seymour, Edward Snelling, Why do giraffes have such long legs? Animal simulations reveal a surprising answer, The Conversation, https://theconversation.com/why-do-giraffes-have-such-long-legs-animal-simulations-reveal-a-surprising-answer-266230

策劃制作

作者丨何雨濛

審核丨黃乘明中國科學院動物研究所研究員 海南大學特聘教授 中國動物學會監(jiān)事 中國野生動物保護協會理事