你对自己的双脚真的了解吗？
人体一共206块骨骼，竟有52块长在双脚上。
随着我们逐渐长大，一双脚不仅承载着我们从几斤长到上百斤的体重，还要带着我们四处奔跑、跳跃，累得酸疼却总是任劳任怨。如果再加上我们随行的负重，或是高跟鞋、芭蕾舞鞋的束缚，双脚所承受的就更加“亚历山大”！
然而，不同于其他灵长目动物的脚，人的脚在压力下几乎不变形。它是如何做到如此坚强？它的内部靠着怎样的结构支撑？它又是如何进化而来的呢？耶鲁牵头的研究团队做了这项研究。
脚的抗压性主要来自足弓，形状像箭弓一样，过去一直被认为是纵向的足弓（即顺着脚的方向）在发挥作用。
但耶鲁大学专家牵头的一项新的研究发现，长期被忽视的横向足弓（transverse arch）才是足部正常工作、进化以及行走奔跑的关键。
长期被忽视的横向足弓 (transverse arch)
这一发现不仅颠覆了近一个世纪以来关于人类足部的传统看法，而且可为进化生物学开辟新的研究路径，为机械肢和假肢的设计提供新的依据。
该研究今年初发表在《自然》杂志上，耶鲁大学工程师Madhusudhan Venkadesan是这一国际研究团队的牵头人之一，另外两位分别是来自英国华威大学的Shreyas Mandre和日本冲绳科学技术大学院大学的Mahesh Bandi。
这一研究团队的牵头人之一、耶鲁大学机械工程和材料科学副教授Madhusudhan Venkadesan
当人类行走和奔跑时，脚掌踩压地面的作用力是体重的数倍。尽管受到如此强大的压力，人的脚却仍能基本保持其形状，不会产生严重的弯曲。如此坚硬的脚，不仅是灵长目动物中人类所独有，而且对人类进化为两足行走也很重要。
传统观点认为，脚的硬度主要来自纵向的足弓。纵向足弓从脚后跟一直延伸到足前部，下方的弹性组织起强化作用。这一弓形与弹性组织一起，构成了一个弓弦结构，在过去近一个世纪里，被认为是足部坚硬的主要缘由。
但足部还有另一个横跨足中部的弓，称为横向足弓。Venkadesan和他的同事们对先前没有人研究过的横向足弓进行了仔细的研究。他们进行了一系列的实验，用作实验的有仿制的机械脚、解剖用的尸体足部，以及灭绝已久的人类祖先和近亲（人科）的化石标本。结果表明，横向足弓才是足部坚硬的主要原因。
拿一张纸币就可以验证
横向足弓为何如此重要？不妨去你的钱包里找找答案。
抽出一张纸币，用手指捏住一端，另一端会垂下去。而如果用拇指在中间压出一个沟，纸币就会直直地伸着，不会垂下了。
“这对于脚也呈类似的效果，”耶鲁大学机械工程和材料科学助理教授Venkadesan介绍说。“虽然不像一张纸那么简单，因为脚里还有许多其他的组织和结构，但他们的原理是一样的。”
通过数学分析和实验，研究人员终于发现了弧度能抵抗变形的机械原理，即对弧形结构施压，会对该材料造成拉伸。然而，即使是一张很薄的纸，如果你想把它拉长，它也有较大的抵抗变形的能力。研究人员解释说，横向足弓就利用这种抵抗拉伸变形的能力，使整个结构变得稳固坚强。
实验一：机械仿制足
脚拥有着复杂、多功能的结构，所以只调节横向足弓这个变量，而不影响到其他部分去验证这一理论是不可能实现的。因此，利用脚的机械仿制实验，研究人员想出了一个新颖的办法，来测试横向弓在人的脚里是否以同样的方式工作。
视频说明：
- 视频中的两根长棍代表我们脚上的小型长骨即跖骨，中间由一张纸片相连，纸片代表跖骨之间的弹性组织。
- 当后面的结构没有弧度时，挂一重物，前面的部分就下垂变形了。但是当后面的结构开始横向弯曲，前面部分的变形就减小了，表明有弧度的结构具有更强的抗变形能力。
- 当纸片被剪开，虽然后面的结构仍保持横向弯曲，其抗变形能力却消失了。
- 这证实了横向弯曲的结构之所以更能抵抗变形，是因为后面的弯曲结构配合了前面连接纸片的拉伸。
“我们发现横向的弹簧——用来模拟脚内部横向的弹性组织——对弧度引起的抵抗变形能力非常关键。” Venkadesan实验室的博士生Ali Yawar说。“所以我们推测，保持其他条件不变，如果去掉横向的弹性组织，真实的脚抵抗变形的能力会下降。”
实验二：尸体足
他们还与耶鲁大学医学院研究员Steven Tommasini一起，在尸体的脚上进行了实验。
“我们发现横向的足弓，与横向的弹性组织一起发挥作用，为足部抵抗变形的能力贡献了将近一半，大大超过纵向足弓的贡献，”Venkadesan实验室的助理研究员Carolyn Eng说。
实验三：化石样本足
阿法南方古猿的足部化石，可以看到明显的横向足弓的存在
研究结果也许能解释366万年前的南方古猿阿法种（1974年在埃塞俄比亚发现的古人类化石露西即属此种），即使没有明显纵向足弓，却能够行走并留下类似人类的脚印。
1974年在埃塞俄比亚发现的古人类化石露西复原图
研究人员与耶鲁医学院教授Andrew Haims合作，开发了一种利用部分足部骨骼测量横向曲度的新技术。通过应用这一技术来分析化石样本（包括南方古猿阿法种的化石），研究人员探寻了早期人科的横向足弓是如何进化的。
Venkadesan说：“我们的证据表明，人类这样的横向足弓，可能在350万年前就已经出现了，比人属的出现早150万年，而且是现代人类的进化过程中关键的一步。”
研究人员表示，这些发现也为足病医疗、进化生物学和机器人领域打开了新的思路。
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