足弓研究显示人类进化到走路时我们的脚步多了一个弹簧

一项新的研究表明，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。研究双足行走进化的研究人员长期以来一直认为，抬起的足弓通过充当推动身体前进的杠杆来帮助我们行走。

但是一个全球科学家团队现在发现，柔性足弓的后坐力将脚踝重新定位为直立，以便更有效地行走。跑步的影响更大，这表明高效跑步的能力可能是柔性足弓的选择性压力，使步行更有效率。这一发现甚至可以帮助医生改善当今患者足部问题的治疗方法。

“我们最初认为弹簧状的拱门有助于将身体提升到下一步，”Lauren Welte博士说，他是《生物工程和生物技术前沿》研究的第一作者，他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。“事实证明，相反，弹簧状的弓会后坐，以帮助脚踝抬起身体。

循序渐进

我们脚的进化，包括使我们与类人猿区分开来的凸起的内侧弓，对双足行走至关重要。拱门被认为在直立行走时会给古人类更多的杠杆作用：机制尚不清楚，但是当足弓运动受到限制时，跑步需要更多的能量。拱背坐力可以通过推动身体的中心质量向前，或者通过弥补肌肉原本必须做的机械工作，使我们更有效率的跑步者。

为了调查这些假设，研究小组选择了七名具有不同足弓活动能力的参与者，他们在脚被高速X射线运动捕捉相机拍摄时走路和跑步。测量每个参与者足弓的高度，并对他们的右脚进行CT扫描。

科学家们创建了刚性模型，并将其与测量的脚骨运动进行了比较，以测试足弓活动对相邻关节的影响。他们还测量了哪些关节对足弓后坐力的贡献最大，以及足弓后坐力对质心和脚踝推进的贡献。

倾向于双足行走

尽管科学家们期望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导致脚过早离开地面，可能降低小腿肌肉的效率，要么使踝骨向前倾斜得太远。

前倾反映了行走的黑猩猩的姿势，而不是人类步态特有的直立姿势。灵活的足弓有助于将脚踝直立重新定位，从而使腿部更有效地推离地面。这种影响在跑步时甚至更大，这表明高效跑步可能是有利于柔性拱门的进化压力。

科学家们还发现，内侧弓中两块骨头之间的关节，即舟状骨和内侧楔形文字，对内侧弓的灵活性至关重要。对这个关节的改变可以帮助我们追踪古人类化石记录中两足动物的发展。

“我们脚的移动性似乎允许我们直立行走和跑步，而不是向前蹲下或过早地进入下一步，”女王大学的Michael Rainbow博士说。

治疗潜力

这些发现还为因受伤或疾病而足弓僵硬的人提供了治疗途径：支持足弓的灵活性可以改善整体活动能力。

“我们的工作表明，允许拱门在推进过程中移动会使运动更有效率，”Welte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。

“在这个阶段，我们的假设需要进一步测试，因为我们需要验证整个人群中足部活动的差异会导致我们在有限样本中看到的各种变化，”Rainbow说。“也就是说，我们的工作为令人兴奋的新调查途径奠定了基础。