我们的脚是如何
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“跑”向未来的?
三
⾜下乾坤——解密“⽣物⼒学奇迹”的内部构造
我们的脚,由26块⻣头、33个关节和上百条韧带肌⾁组成,是名副其实的“⽣物⼒学奇迹”。它能在需要时变得像⽯头⼀样坚固,⼜能在需要时变得像弹簧⼀样灵活。这背后,是两⼤核⼼机制在起作⽤:形闭合与⼒闭合。
形 闭 合
这就像古代罗⻢⼈修的拱桥,靠的是⽯头⾃⾝的楔形结构相互“卡”住,形成⼀个⽆需⽔泥也能承重的稳定结构。我们⾜部的⻣骼,特别是⾜⼸部分的⻣头,就拥有这种精巧的⼏何形状。当你准备蹬地时,⾜部的⻣骼会像精密的⻮轮⼀样相互锁定,让你的脚瞬间变成⼀个坚固的杠杆,⾼效地将⼒量传递到地⾯。
⼒ 闭 合
如果说形闭合是拱桥的⽯头,那⼒闭合就像是给拱桥加上了钢索。脚底和⼩腿的肌⾁、韧带(特别是⼤名⿍⿍的⾜底筋膜)在发⼒时会收缩绷紧,将所有⻣骼紧紧“捆绑”在⼀起,进⼀步增强⾜部的刚性。这两⼤机制相辅相成,让我们的脚既稳定⼜灵活。
四
⼀切为了“它”——我们的⼤脑如何被双脚“喂养”⼤
你可能会问:费这么⼤劲进化出⼀双“跑鞋脚”,到底图个啥?答案可能出乎你的意料——为了养活我们那个“超级耗能⼤户”:⼤脑!
⼈类的⼤脑虽然只占体重的2%,却消耗了⾝体静息时⾼达20-25%的能量。根据Aiello和Wells在2002年的研究,要供养这个“奢侈品”,就必须有稳定、优质的能量来源。⾼效的奔跑能⼒,让⼈类祖先能通过“持久狩猎”获取⾼热量的⾁⻝,这为⼤脑的⻜速发展提供了充⾜的“燃料”。
进化的良性循环
这是⼀个由Navarrete等⼈在2011年提出的,完美的正反馈循环:
01
⾼效的脚 → 更好的猎⼿
富有弹性的⾜⼸和耐⼒跑能⼒,让我们成为⾼效的猎⼈,增加了净能量的输⼊。
02
更多⾁⻝ → 更好的营养
⾼质量的⻝物为⼤脑发育提供了关键的蛋⽩质和脂肪,改善了⻝物质量。
03
更⼤的⼤脑 → 更聪明的我们
⼤脑变⼤后,我们学会了制造更复杂的⼯具、团队协作、分享⻝物(合作养育),进⼀步提⾼了⽣存效率,保证了稳定的能量供给。
04
能量再分配
同时,⼈类还通过减缓发育和繁殖速度(“慢⽣活”策略)等⽅式,将更多能量“投资”给⼤脑。这⼀切共同促成了⼈类认知能⼒的⾰命性⻜跃。
五
科学家的“圆桌派”——⾜部进化的未解之谜
莫顿的“跖⻣扭转”说
早在1935年,科学家莫顿就提出,是跖⻣(连接脚趾的⻣头)发⽣了扭转,才形成了⾜⼸。就像你拧⽑⼱⼀样,⻣头的扭转创造了拱形。
基德的“前⾜变⻓”说
另⼀些研究者(Kidd, O'Higgins and Oxnard, 1996)则认为,是前⾜外侧的⻣骼变⻓了,才让脚的排列更整⻬,为⾜⼸的形成创造了条件。
“关节轴线改变”说
还有⼈认为,是距下关节(脚踝下⽅的⼀个关键关节)轴线的改变,才让⼤脚趾向内收拢,不再外撇,这是形成现代⼈步态的关键⼀步。
“⼩腿扭转”的连锁反应
更有趣的是,对⽐发现,⼈类的⼩腿⻣(胫⻣)相对于其他灵⻓类是向外扭转的。你可以想象⼀下,如果你的⼩腿向外转了个⻆度,为了让脚还能平踩在地上,你的脚踝和⾜部就必须发⽣⼀系列适应性改变。这个扭转可能像多⽶诺⻣牌的第⼀张,带动了整个⾜部结构的⼀系列连锁变化。
究竟是哪个改变最先发⽣?⽬前还没有定论。很可能,整个⾜踝复合体是在⼒的作⽤下“同步”进化的,牵⼀发⽽动全⾝。这些争论恰恰说明,对我们⾃⾝的研究,永远在路上。
部分图片源自网络