为何人类长跑贼厉害?肋骨或是关键!

作者: 廖俊棋

来源: 知识分子

发布日期: 2019-11-25

哈佛大学研究团队发现,人类的肋骨结构使得胸廓能够向两侧扩展,从而在长跑中获得更大的吸气量,这是人类在长跑耐力方面优于其他动物的关键因素。

马拉松是人类耐力的最好证明。若论短跑速度,人类在动物界成绩平平。但是在长跑的耐久力方面,人类绝对是优秀选手。例如曾有研究指出,在炎热的天气下,人类长跑时完全有机会跑赢马匹。相比之下,我们的灵长动物近亲,比如黑猩猩,它们跑上不超过100米就要气喘吁吁地休息半天。

那么,人类为什么会有如此突出的耐力?是身体的哪些结构使我们跑得更久、更远了呢?近日,哈佛大学的研究团队对此问题进行了回答。他们在《实验生物学》杂志上发表的研究显示:人类长跑这么厉害,肋骨的功劳可不小。

为了进行实验,他们找了10位年轻运动员站上跑步机,并测试人体在悠闲漫步和拔腿狂奔的情况下,胸廓以及呼吸程度的变化。作为对照,他们也用了好几盒零食作为“贿赂”,说服了猎犬和山羊站到跑步机上配合实验。

一般来说,吸氧量是运动耐力的决定性因素。当动物对氧气有更大需求时,会收缩胸部的横膈膜来增加氧气吸入量,也就是健身人士所说的“腹式呼吸”。这种变化在受试的人类、狗以及山羊身上都可见到。

但是研究发现,善于长途奔袭的人类,还多了一项秘密武器:我们的胸廓除了可以向前扩展外,还可以向两侧扩展。相比之下,狗和山羊的胸部都不能向身体两侧扩张。所以,在这三种动物中,运动时吸气量扩张最明显的是人类,猎犬次之,山羊最差,而三者跑步的耐力也是依次变弱。

为了解开胸廓扩张的秘密,研究团队将目光移到了骨骼标本上。

他们对超过10种生物的肋骨和背椎关节面进行三维分析,这包括人类、黑猩猩、马、犀牛、狗、熊等等。在经过一系列的拍照、数据采集以及3D重建之后,研究团队发现,胸廓的扩张能力实际上和肋骨的关节面有关系。当肋骨头和脊椎的关节面非常平坦的时候,胸廓的灵活度就越低,也越难以大幅度扩张,以及进行需要持久力的运动。

另一方面,像人这样能进行持久运动的动物,肋骨和脊椎的关节面就比较弯曲,属于“一凸一凹”或是“一凹一凸”的关节方式,就好似乐高积木一样。这让他们的胸廓能有更大的扩展幅度。

在此基础上,该团队更进一步研究已经灭绝的人类化石类群。他们观察了从最古老的南方古猿(也就是著名的露西)到直立人、尼安德塔人等古人类的胸廓结构。研究明确地发现,人类的肋骨关节也随着站立起来行走或奔跑后,得到的演化适应。

在人类刚刚学会直立行走的初期,例如将近300多万年前的南方古猿,他们的肋骨关节形态就和黑猩猩比较接近,属于更为平坦的类型。而随着时间推移,我们祖先的适应起完全的双足步行的直立生活,为了能更好的适应采集、狩猎的环境,他们逐渐发展出能长途跋涉的能力,而肋骨的形态也发生了变化。

不过,演化是个复杂的过程,每个新特征或能力的出现,都牵涉了许多器官上、构造上的改变才能达成。人类演化出长跑的耐力,除了胸廓的改变外,还要配合肌肉、神经、心肺功能和散热能力的演化。因此,这次的研究还仅是为人演化谜团拚上一小片拼图,日后还有更多人类演化之谜等待我们逐步揭开。

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