人类足弓的进化为我们的直立步伐提供了必要的活力

能够高效地用双脚站立、行走和奔跑是智人与类人猿的区别之一，而这很大程度上要归功于凸起的足弓。虽然双足行走至关重要，但其背后的力学原理在进化史上仍是一个谜。5 月 30 日发表在《生物工程与生物技术前沿》杂志上的一项研究 发现有用的、类似弹簧的足弓可能是为了帮助我们用双脚行走而进化出来的。

[相关：在树上觅食可能促使人类祖先用两只脚行走。]

研究小组发现，柔性足弓的回弹力可以使脚踝重新定位，从而提高行走效率，尤其对跑步有效。

“我们原本以为，类似弹簧的足弓有助于将身体抬高到下一步，”研究报告的合著者、威斯康星大学麦迪逊分校生物力学工程师劳伦·韦尔特在一份声明中说。“结果却是，类似弹簧的足弓会回弹，帮助脚踝抬起身体。”

人们认为，人类足弓中央隆起，可以让古人类在直立行走时获得更大的杠杆作用。当足弓运动受限时，比如扁平足患者，跑步时需要消耗更多的身体能量。足弓后坐力可能会通过推动身体重心向前，从而提高人类的效率，从本质上弥补了肌肉原本需要做的机械功。

在这项新研究中，研究小组选择了七名足弓活动性各异的参与者，并用高速 X 射线动作捕捉相机拍摄了他们的行走和跑步模式。研究小组测量了每位参与者足弓的高度，并对他们的右脚进行了 CT 扫描。他们还创建了刚性模型，并与测量的足部骨骼运动进行了比较。然后，科学家测量了哪些关节对足弓后坐力的影响最大，以及足弓后坐力对重心和踝关节推进力的贡献。

令人惊讶的是，他们发现，没有后坐力的僵硬足弓会导致脚过早离开地面，这很可能降低小腿肌肉的效率。僵硬的足弓还会使踝骨过度向前倾斜。向前倾斜看起来更像是黑猩猩行走的姿势，而不是人类步态的直立姿势。

灵活的足弓有助于将脚踝重新定位为直立，使腿部能够更有效地蹬地。这种效果在跑步时更为明显，这表明灵活的足弓可能是一种理想的进化特征，有助于提高跑步效率。

研究小组还发现，内侧足弓中的两块骨头（舟骨和内侧楔骨）之间的关节对灵活性至关重要。研究该关节随时间的变化可以帮助科学家追踪我们自己的化石记录中的双足行走的发展。

[相关：蒙提·派森的“傻步走”可以取代你的健身房锻炼。]

这项研究的共同作者、皇后大学机械与材料工程师迈克尔·雷恩博恩 (Michael Rainbow) 在一份声明中表示：“双脚的灵活性似乎使我们能够直立行走和奔跑，而不是蹲下或过早迈出下一步。”

这些发现以及对足弓灵活性的更多了解可以帮助那些因疾病或受伤而足弓僵硬的人。他们的假设仍需要进一步验证，但可以帮助解决大量现代足部问题。

“我们的研究表明，在推进过程中允许足弓移动可以使运动更加高效，”韦尔特说。“如果我们限制足弓运动，其他关节的功能可能会发生相应的变化。”