關(guān)于腳　你所不知的20件事

秋菊　玉琳

非常相似的遺傳途徑指導(dǎo)了所有這些不同物種的腳的發(fā)育，然而只有一個(gè)例外：章魚的觸須是從一種古老軟體動(dòng)物的肌肉進(jìn)化而來的。

1.當(dāng)“阿波羅11號(hào)”登陸月球時(shí)，如果我們的腳從來沒有進(jìn)化過，尼爾·阿姆斯特朗能完成這一“巨大的飛躍”嗎？我們的腳使這最令人印象深刻的壯舉之一成為可能。

2.腳的進(jìn)化經(jīng)過了漫長的時(shí)期。生命進(jìn)化中，一般認(rèn)為最早從海洋到達(dá)陸地的是總鰭類動(dòng)物，其鰭的根部已有柄形的腳（肢）形成。之后進(jìn)化成蠑螈類的兩棲類動(dòng)物，四肢雖然出現(xiàn)了腳的原形，但它們只能起輔助作用，在移動(dòng)時(shí)主要還是像魚一樣靠身體的彎曲來前進(jìn)。

3.爬行動(dòng)物出現(xiàn)后，逐漸形成了真正的四肢，能夠在陸地上自由地奔跑。直至兩千萬年前，類人猿才進(jìn)化成人，從四肢行走的動(dòng)物進(jìn)化到能夠直立行走的人。

4.在類人猿進(jìn)化成人的過程中，也就是從四肢行走的動(dòng)物進(jìn)化到能夠直立行走的人這個(gè)過程中，腳為了支撐體重和行走，失去了抓、捏、提、推等功能，成為現(xiàn)在的形態(tài)。有趣的是，嬰兒的腳在母體里的形成過程，就像腳的一個(gè)濃縮的進(jìn)化過程。

5.人類的腳具有大跟骨、短腳趾和長而僵硬的足弓，這是我們?nèi)祟惖囊粋€(gè)顯著特征，因?yàn)槲覀兡苡行У厥褂脙勺阈凶摺Ｎ覀內(nèi)祟愂俏ㄒ煌耆脙蓷l腿行走的動(dòng)物。作為兩足動(dòng)物使人類成為偉大的長途步行者和奔跑者，同時(shí)釋放了我們的上肢用以制造和使用工具，包括武器。無論好壞，這是一個(gè)巨大的飛躍。

6.至少在160萬年前，直立人等完全兩足動(dòng)物的祖先已經(jīng)走出了非洲，穿越了舊世界，到達(dá)了東亞，但研究人員仍不確定我們奇特的腳是在什么時(shí)候進(jìn)化而來的。

7.320萬年前的“南猿露西”似乎是完全的兩足動(dòng)物。然而，在2018年，古人類學(xué)家發(fā)現(xiàn)，同一物種的幼年腳化石與攀登猿類的腳化石更接近。

8.當(dāng)然，腳可以追溯到更早的進(jìn)化時(shí)期。不同的和不相關(guān)的生物體在其物種特有的肢體上有著非常相似的發(fā)育遺傳途徑。從袋熊到黃蜂，從人類到大比目魚，這些基因群在動(dòng)物中近乎普遍的分布，表明它們?cè)?億多年前起源于一個(gè)共同的祖先。

9.但是，第一雙“腳”可能屬于軟體動(dòng)物。它們已經(jīng)存在了大約5.4億年。那時(shí)許多物種的下腹部肌肉發(fā)達(dá)，允許它們通過收縮移動(dòng)。魷魚的觸手和章魚的手臂都是由這些肌肉發(fā)達(dá)的“腳”進(jìn)化而來。

我們的腳的大跟骨、僵硬的弓和短短的腳趾，能夠有效地幫助人類直立行走。

10.陸生脊椎動(dòng)物的腳要均勻得多。我們都從最早的四足脊椎動(dòng)物或四足動(dòng)物那里繼承了相同的基本足部骨骼，這些四足脊椎動(dòng)物在3.5億年前離開海洋來到陸地。

11.隨著不同的足部姿勢(shì)的演變，這些骨骼的形狀和位置會(huì)發(fā)生多樣化，有時(shí)是戲劇性的，比如躑行動(dòng)物（整只腳踩在地上，像人類和老鼠），趾行動(dòng)物（只有腳趾在地面上，像貓和狗）和蹄行動(dòng)物（有蹄腳趾在地面上，像馬和長頸鹿）。

12.其他靈長類動(dòng)物比如黑猩猩，有粗糙的雙腳，相比之下大家會(huì)覺得我們的腳趾頭實(shí)在太奇怪了，它們又短又粗還沒有用。為什么和手指差不多的腳趾，相比手指，卻顯得短小還略顯“丑陋”？

13.研究表明，我們的腳在過去也曾這樣粗糙過。我們的祖先南方古猿生活在350萬年前，有一雙像黑猩猩那樣的腳。170萬年前的能人的腳便和我們今天的腳很像了。只要把我們與之相對(duì)應(yīng)的腳趾全換成更短的腳趾，再在我們腳上加個(gè)足弓就行了。這其中到底發(fā)生了什么呢？

14.長話短說，我們的祖先先從樹上下來，開始在陸地上行走。當(dāng)我們的腳進(jìn)化到足以支持我們?cè)陉懙匦凶邥r(shí)，我們便開始行動(dòng)得越來越快，最終學(xué)會(huì)奔跑。這些變化迫使我們的腳進(jìn)化出一種更高效的方式來解決平衡和動(dòng)力問題。

15.基本而言，我們的腳變得更有彈性且更能減震。也就是說，這些腳趾因奔跑而產(chǎn)生。研究人員發(fā)現(xiàn)，長腳趾者個(gè)體進(jìn)行了更多的機(jī)械勞作，來穩(wěn)定他們的關(guān)節(jié)和韌帶。這表示，他們要用更多的能量才能和短腳趾者跑得一樣遠(yuǎn)。我們的祖先真的很擅長長跑，來追逐獵物、消耗獵物體力。

16.在這種捕獵模式下，長腳趾者被自然淘汰，因?yàn)樗麄円ǜ嗟捏w力追逐同樣的獵物。研究人員還發(fā)現(xiàn)，短腳趾者也許能夠減少受傷的危險(xiǎn)。這意味著，長腳趾者要花更多的精力跑相同的路程，在途中，還極有可能受傷。所以我們短而粗的腳趾可能是進(jìn)化來幫助我們奔跑，保持平衡的。

17.科學(xué)家們一直在研究腳是如何工作的。小腿的應(yīng)力性骨折是一種常見的跑步損傷，通常被歸咎于撞擊路面。然而，今年1月發(fā)表在《公共科學(xué)圖書館·綜合》上的一項(xiàng)研究表明，真正導(dǎo)致骨折的罪魁禍?zhǔn)撞皇桥懿秸叩哪_著地的力量，而是肌肉收縮對(duì)小腿骨造成的壓力。

18.許多昆蟲、蜘蛛、蜥蜴和兩棲動(dòng)物通過垂直和倒置的平面來完成移動(dòng)，甚至雜技動(dòng)作，這要?dú)w功于它們對(duì)腳的各種適應(yīng)性。

19.例如，壁虎的腳趾底部覆蓋著超柔韌的微小毛發(fā)，這些毛發(fā)以傾斜的角度或不垂直的角度生長。毛發(fā)微小的鱗片對(duì)墻壁或天花板表面產(chǎn)生電磁吸引力，但它們的角度和靈活性使壁虎在移動(dòng)時(shí)可以輕松地松開腳。

20.其他反重力動(dòng)物，包括許多無脊椎動(dòng)物，腳通常是濕的，科學(xué)家認(rèn)為這有助于它們附著在平坦的表面。但一項(xiàng)關(guān)于粘蟲的研究發(fā)現(xiàn)，腳墊分泌液體與黏著性沒有任何關(guān)系。相反，這種液體似乎起到了潤滑劑的作用，可以幫助昆蟲在表面移動(dòng)時(shí)松開自己的腳。這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)具有重要意義。