大朋友小朋友们,你们有没有注意到一个现象?在世界上,许多动物都是用脚尖走路的,比如喵星人和汪星人。似乎只有人类和少数动物在走路的时候,是脚后跟先着地的。这是为什么呢?这就要从地球上哺乳动物的走路方式说起了。其实,陆地上的哺乳动物按照足部结构一共分成三种:蹄行、趾行、跖(zhí)行。蹄行就是指用蹄子走路。比如马、牛、羊、鹿等许多食草动物都是蹄行类,它们与地面接触的是趾骨末端的蹄子。
许多食肉动物,比如猫、狗、虎、狮子都属于趾行类,它们走路时与地面接触的部分是趾骨,脚跟并不与地面接触。如果观察一下喵星人,就会发现它们走路的时候都是踮着脚的。和人一样,整个脚掌都和地面接触的哺乳动物的走路姿态叫做跖行。除了人以外,熊、浣熊、臭鼬、啮齿目(比如小老鼠)、兔形目(兔子)、刺猬、有袋类动物都属于跖行类哺乳动物,因为它们的脚掌可以整个盖在地面上。
因此,跖行类动物和其他两种动物的脚的最大区别是,当它们站立和行走时,趾骨、跖骨和跟骨是贴着地面的,而足跟往往是先落地的部分。在所有哺乳动物中,只有跖行类走路的时候能让脚跟先着地。从生物力学的角度讲,腿越长、步子迈得越大、走路时用到的肌肉越少,那么走路就会更省力、更有效率。猫和狗的足跟远离地面,这样腿就相对变长。许多蹄行、趾行动物拥有较为修长的四肢,而且走路时只有脚尖着地,利用的就是这个原理。
既然踮着脚尖走路可以让腿变长,那么跖行类为什么要把脚跟放下来行走呢?这样难道不会让腿相对变短吗?那么,我们就以人为例来研究一下,为什么用脚跟走路比较有效率。实际上,人类的走姿是一种倒置的钟摆。人的实际腿长,实际上延伸到了地下。用后跟走路的人的实际腿长,超过了用脚尖走路时的腿长。所以,人类的脚跟着地的走路方法非常有效率。用脚跟走路的效率,体现在能量消耗上。
试过的人都知道,如果你用脚尖或者前脚掌——跖球走路,是非常吃力的事情。当我们每走一步的时候,因为脚和地面的碰撞,能量就会损失一部分。如果用前脚掌的跖球走路,那么损失的能量将比用脚跟先着地的方式多16~17%。除此以外,因为人体构造的关系,当人踮着脚尖走路的时候,腓肠肌会很紧张,这也是能量消耗的大户。
这样一来,用跖球走路比用脚后跟走路要多消耗53%的能量,而用脚尖走路的话比用脚后跟走路要多消耗83%的能量。这就是为什么穿着高跟鞋走路有点累的原因之一。对人类来说,只有用脚跟着地的方式走路才最省力。正因为脚跟着地的走路方式特别省力,所以对同等长度的路程来说,用走的比用跑的要少消耗70%的能量。许多人认为,人类的这种足跟着地的独特行走方式,是人类在进化中的制胜法宝之一。
人类用足跟着地的方式行走节省了能量,就可以走更远的距离。再加上人类的有氧耐力比其他动物都好,所以人类非常适应于远足和长跑。在灵长目动物中,人类的腿所占身体的比例更大,而且具有更加巧妙的骨盆结构。因此人类这样的大长腿能够用较少的能量直立行走。足弓、足尖和足跟能够吸收跑步时的震动。头骨和脊椎之间有一条韧带,能够吸收震动。
东非马赛人是游牧民族,他们拥有适合长跑和远足的大长腿;而且当地人耐力很好,适合长跑。许多长跑冠军都是东非人哦!和人类相比,许多灵长目动物并不擅长走远路或跑步。黑猩猩头骨和肩膀之间的连接紧密(就是脖子短),这有利于它们爬树和在枝头晃动,但是对跑步来说反倒是不利的。再加上,用两足行走的人类消耗的能量,是用四足行走的黑猩猩的四分之一。
因此有人认为,减少能量消耗是人类祖先选择直立行走,并用脚跟先着地的方式行走的主要原因。