人类可能已经进化出一种弹簧状的拱门来帮助我们用两只脚行走
人类可能已经进化出一种弹簧状的拱门来帮助我们用两只脚行走Credit: Pixabay/CC0 Public Domain
（神秘的地球uux.cn）据by Frontiers：一项新的研究表明，人类可能进化出了一种类似弹簧的拱门，来帮助我们用双脚行走。研究两足行走进化的研究人员长期以来一直认为，脚的凸起足弓作为推动身体前进的杠杆，有助于我们行走。
但是，一个全球性的科学家小组现在发现，柔性足弓的反冲使脚踝重新直立，以便更有效地行走。跑步的影响更大，这表明有效跑步的能力可能是一种选择性压力，这种压力使灵活的足弓也能使行走更有效。这一发现甚至可以帮助医生改善对当今病人足部问题的治疗。
《生物工程和生物技术前沿》研究的第一作者劳伦·韦尔特博士说:“我们最初认为，弹簧般的拱门有助于提升身体进入下一步，”他在女王大学进行这项研究，现在隶属于威斯康星大学麦迪逊分校。“事实证明，相反，弹簧般的足弓会反冲，以帮助脚踝抬起身体。”
逐步地
我们的脚的进化，包括使我们区别于类人猿的凸起的内侧足弓，对两足动物的行走至关重要。足弓被认为在直立行走时给予人类更多的杠杆作用:其机制尚不清楚，但当足弓运动受到限制时，跑步需要更多的能量。足弓后坐力可能会通过向前推动身体的中心质量，或者通过弥补肌肉原本必须做的机械工作，使我们成为更高效的跑步者。
为了研究这些假设，研究小组选择了七名具有不同足弓灵活性的参与者，他们在行走和奔跑的同时，他们的脚被高速X射线运动捕捉相机拍摄下来。测量每个参与者的足弓高度，并对他们的右脚进行CT扫描。
科学家们创建了刚性模型，并将它们与足部骨骼的测量运动进行比较，以测试足弓灵活性对相邻关节的影响。他们还测量了哪些关节对足弓后座力的贡献最大，以及足弓后座力对质心和脚踝推进力的贡献。
倾向于两足行走
尽管科学家们预计会发现足弓后坐力有助于足弓的刚性杠杆将身体抬起，但他们发现，没有后坐力的刚性足弓要么会导致脚过早离开地面，可能会降低小腿肌肉的效率，要么会使脚踝骨过于前倾。
前倾反映了行走的黑猩猩的姿态，而不是人类步态的直立姿态。灵活的足弓有助于重新定位脚踝直立，使腿更有效地离开地面。这种影响在跑步时甚至更大，表明有效的跑步可能是一种有利于柔韧足弓的进化压力。
科学家们还发现，中间足弓中两块骨头之间的关节，舟状骨和中间楔状骨，对足弓的灵活性至关重要。这个关节的变化可以帮助我们追踪人类化石记录中两足动物的发展。
“我们双脚的灵活性似乎让我们能够直立行走和奔跑，而不是蜷缩着向前或过早地向前迈出下一步，”资深作者、皇后大学的迈克尔·彩虹博士说。
治疗潜力
这些发现也为那些因受伤或疾病导致足弓僵硬的人提供了治疗途径:支持足弓的柔韧性可以改善整体的灵活性。
“我们的工作表明，在推进过程中允许足弓移动会使运动更有效，”韦尔特说。“如果我们限制足弓的运动，其他关节的功能可能也会发生相应的变化。”
“在这一阶段，我们的假设需要进一步的测试，因为我们需要验证人群中脚部灵活性的差异导致了我们在有限的样本中看到的变化，”Rainbow说。"也就是说，我们的工作为一个令人兴奋的新的研究领域创造了条件。"
