一项新的研究显示，人类可能进化出了一个弹簧般的足弓，帮助我们用两只脚走路。研究双足行走进化的科学家们长期以来一直认为，足部抬起的弓形结构有助于我们行走，因为它像一个杠杆，将身体向前推进。

但是一个由全球科学家组成的团队现在发现，灵活的足弓的回弹能够将脚踝重新置于直立位置，从而使行走更有效。跑步时的效果更大，这表明能够有效地跑步可能是一个选择压力，促使灵活的足弓使行走更有效率。这也解释了足弓结构不显著的朋友，为何常常运动适应不良。这一发现甚至可能帮助医生改善现代患者的足部问题。

“我们最初认为，弹簧般的足弓有助于将身体提升到下一步。”该研究在Frontiers in Bioengineering and Biotechnology杂志上发表的第一作者Lauren Welte博士说，她在皇后大学进行了这项研究，现在隶属于威斯康星大学麦迪逊分校。“结果发现，实际上是弹簧般的足弓回弹来帮助脚踝抬起身体。”

我们的足部进化，包括与大猩猩不同的抬起的内侧足弓，都对双足行走至关重要。人们认为足弓在直立行走时给人类提供了更多的杠杆作用：机制尚不清楚，但当足弓运动受限时，跑步需要更多的能量。足弓回弹可能通过将身体质心向前推进或补偿肌肉本来要做的机械功，使我们成为更有效率的跑者。

为了检验这些假设，该团队选择了七名具有不同足弓活动度的参与者，在他们行走和跑步时用高速X射线运动捕捉相机拍摄他们的脚。测量了每个参与者的足弓高度，并对他们的右脚进行了CT扫描。

科学家们创建了刚性模型，并将其与测量得到的足骨运动进行了比较，以测试足弓活动度对相邻关节的影响。他们还测量了哪些关节对足弓回弹贡献最大，以及足弓回弹对质心和踝关节推进的贡献。

虽然科学家们预期会发现足弓回弹有助于将身体提升到下一步，但他们发现没有回弹的刚性足弓要么导致脚过早离地，可能降低小腿肌肉的效率，要么使踝关节骨过度前倾。

前倾反映了黑猩猩行走时的姿势，而不是人类步态特有的直立姿势。灵活的足弓有助于将踝关节重新置于直立位置，从而使腿部能够更有效地从地面推离。跑步时这种效果更大，表明有效地跑步可能是有利于灵活足弓进化的一个选择压力。

科学家们还发现，在内侧足弓中两块骨头之间的关节——舟骨和内侧楔骨——对于足弓的灵活性至关重要。这个关节上的变化可以帮助我们追溯双足行走在人类化石记录中的发展。

“我们的脚部灵活性似乎让我们能够直立行走和跑步，而不是像黑猩猩那样前倾或过早地推入下一步。”皇后大学的Michael Rainbow博士说，他是该研究的高级作者。

这些发现也为那些由于受伤或疾病而导致足部僵硬的人提供了治疗途径：支持足部灵活性可以改善整体移动能力。

“我们的工作表明，在推进过程中允许足部运动可以使运动更有效率。”Welte博士说，“如果我们限制足部运动，很可能会导致其他关节功能上相应的变化。”

“在这个阶段，我们的假设需要进一步测试，因为我们需要验证人群中不同程度的足部灵活性是否会导致我们在有限样本中看到的那种变化。”Rainbow博士说，“话虽如此，我们的工作为一个令人兴奋的新领域开辟了道路。”

更多信息：Michael Rainbow等人，《人类脚部内侧拱形结构使直立双足运动成为可能》，Frontiers in Bioengineering and Biotechnology(2023)。DOI: 10.3389/fbioe.2023.1155439

https://phys.org/news/2023-05-humans-evolved-extra-foot-arch.html

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