想丛林穿梭、飞檐走壁?你得换个屁股!

作者: 惠佳明

来源: 果壳网

发布日期: 2018-05-03

本文探讨了人类在灵长类中不擅长爬树的原因,指出这与人类适应直立行走的骨骼结构有关。文章详细解释了灵长类爬树的骨骼机制,以及人类为了直立行走而做出的骨骼结构调整,导致爬树能力下降。

人,算是灵长类里最不擅长爬树的了。别说比不过身手敏捷的猴子了,连看似笨重的银背大猩猩都比我们强。虽然成年雄性的银背很少上树,但那不是攀爬能力的问题,主要是树不行。金刚不爬树,只是没有合适它的树。不擅长爬树也翻不过墙头,人在灵长类里论攀爬这项特技只能垫底儿!不过,人类学家们已经帮你把借口都想好了——现代人类之所以不长于攀爬,问题就出在适于直立行走的屁股上。

灵长类爬得快众所周知,你看看猴子。

在自然保护区里,野生猕猴向来是在树冠间“飞檐走壁”。有时它们爬得飞快,甚至连影子都捕捉不到,只留瞬间的穿林打叶声。猴子之外,在开阔草原上生活的狒狒,只要有机会上树,也会立马窜得没影。卓越的攀爬能力是灵长类家族的祖传技术,而要修炼此般功夫,又需要怎样清奇的骨骼呢?让我们看一下爬梯子的时候骨骼是怎么动的!回想一下,你爬梯子的时候,身体哪些部位在用劲?

除非你是臂力惊人的单杠满分少年,否则下肢的配合是不可或缺的。攀爬和直立行走时用到的下肢肌肉很相似,都是在收腿伸腿(两者只是幅度不同,攀爬多增加了蹲起动作)。这其中,大腿部分发挥关键作用的肌肉是,股四头肌肌群(大腿前侧的肌肉)和腘绳肌群(大腿后侧的肌肉),这两组肌肉都是一端连在骨盆上,一端固定在膝关节上,控制着下肢的行走和攀爬。

那么,在人类骚气地行走或者笨拙地攀登时,腿上这些零部件到底如何在工作呢?其实本质上借用了杠杆原理。还是以爬梯子为例:最开始,大腿前侧的肌群紧张收缩,带动股骨(大腿骨)以髋关节(大腿根)为轴心向前上方转动,提溜起膝盖;同时,大腿后侧的肌群收缩,弯曲膝盖,脚踩住梯子的上一级横杆。

接下来,小腿固定不动,以膝盖为轴心,大腿前侧的肌群重新“拉直”膝关节;同时,以髋关节为轴心,大腿后侧的肌群(和臀部肌群一起)向后拉大腿,伸展髋关节,“撬”起身体,最终实现一个完整的攀爬动作。

灵长类亲戚和人类的解剖结构基本一致,它们下肢的肌肉骨骼也是这么运转的。这个杠杆是股骨本身,支点则是髋关节。杠杆的动力来源自肌肉对股骨下端(靠近膝盖的一边)的拉扯,要克服的阻力是身体的重力。

就像生活中的扳手,股骨好比“扳手柄”,髋关节好比转动的轴心。在腿部肌肉拉动扳手向上或者向下转动的时候,人类或猴子大猿们就完成了迈步前进,或是在树林间攀援直上的动作。显然,在大腿后侧肌群的拉动下伸展髋关节“撬”起身体是向上攀爬时重要的一环。而人类的爬树能力之所以在灵长类家族里不幸垫底,问题就出在这个“扳手”系统上。

杠杆的力臂越长越省力。

对于大腿后侧肌群、大腿骨和髋关节组成的这套“扳手”系统而言,力是由肌肉提供的,力臂就是杠杆支点到肌肉的最小直线距离。大腿后侧肌群在髋关节上的那一端固定坐骨上,因此坐骨越长,“扳手”系统的力臂就越长,攀爬时下肢运动的过程也就越省力。非人灵长类的坐骨普遍朝向身体后方,在它们跳跃落地时就可以轻松不费劲。也许有朋友要问了,如此优秀的骨骼结构,人类为什么不要了?

因为人类更需要直立行走,而行走和爬树的骨骼结构不可兼容。

当一只猩猩站直的时候,大腿后侧肌群的力臂长度几乎归零!这意味着,肌肉提供的动力在这个姿势下就失效了。纽约市立大学的研究团队发现,这种失效的情况非常普遍:在十余种灵长类的下肢结构里,都是类似的情况。也就是说,用猴子和大猿们的坐骨结构行走,不仅不省力,反而是步履维艰。

用“扳手”模型理解一下:当猴子和大猿们试图站立行走,其实意味着施加在“扳手柄”(大腿股骨)上的力转变了方向。力量几乎是在沿着扳手柄的长轴向前顶去,这样只是在把股骨往正上方硬拽,而不能前后转动,当然是在做无用功。

所以说,如果人类的坐骨和非人灵长类一样,又长又朝屁股下方,那么我们就不要期望潇洒的步态了。人的直立之路靠坐骨变迁。

既然上树和走路所需要的是完全不同的坐骨形态,那相比非人灵长类,人类的坐骨又是怎么个创新的长法?怎么保证两足行走时也能昂首阔步呢?研究人员在测量了地猿、南方古猿,以及现代人的坐骨形态后,找到了人类独特的坐骨变化趋势。地猿和南方古猿被认为是人类数百万年前的祖先,其中地猿生存年代最早,南方古猿相对晚一些。在地猿化石中,坐骨的走向轻微转向背侧,既保证了爬树的能力,也可以算近似直立行走。

南方古猿和现代人则完全不同了——他们的坐骨长度变短,也不再朝下,而是更极大地转朝向背侧。这样一来,大腿后侧肌群、坐骨、髋关节在直立状态下不再重合于同一条直线,很好地解决了灵长类直立行走时“力臂归零”的Bug。然而,现代人的爬树技巧也因此大打折扣。向上攀爬时,腿抬得较高,大腿后侧肌肉的力臂变得很短小。这就好像用扳手时不正经握住把柄尾巴,非要捏着扳手头部使劲,这当然会费力不讨好了。

所以说,有得就有失的人间真理在自然演化中也同样适用。用祖传的爬树技巧换自创的直立行走,这笔交易也算是明智之举。毕竟这让我们得以走下树梢,创建文明。

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