高效地站立和用双脚行走和奔跑是我们区别于类人猿的关键特征之一——而这一切很大程度上要归功于我们高起的内侧足弓。尽管至关重要，但双足行走背后的机制在演化上仍然是一个谜。5 月 30 日发表在《生物工程与生物技术前沿》杂志上的一项研究发现，有益且具有弹簧般特性的足弓可能是为了帮助我们用双脚行走而演化出来的。
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研究团队发现，灵活足弓的回弹能够重新定位脚踝，使其向上，从而实现更高效的行走，并且对奔跑尤其有效。
“我们最初认为，有弹簧般特性的足弓有助于将身体向上抬起，迈出下一步，”该研究的合著者、威斯康星大学麦迪逊分校的生物力学工程师 Lauren Welte 在一份声明中说道。“结果发现，实际上，有弹簧般特性的足弓是通过回弹来帮助脚踝抬起身体。”
人类足部中央高起的足弓被认为可以使古人类在直立行走时获得更大的杠杆作用。当足弓活动受限时，例如在扁平足者身上，奔跑会消耗身体更多的能量。足弓回弹通过向前推进身体的质心，从而抵消肌肉原本需要做的机械功，可能使我们的物种更加高效。
在这项新研究中，研究团队选择了七名足弓活动性不同的参与者，并用高速 X 射线运动捕捉摄像机拍摄了他们的行走和奔跑模式。研究团队测量了每位参与者足弓的高度，并对他们的右脚进行了 CT 扫描。他们还制作了刚性模型，并与测得的足部骨骼运动进行了比较。然后，科学家们测量了哪些关节对足弓回弹的贡献最大，以及足弓回弹对质心和脚踝推进力的贡献。
令人惊讶的是，他们发现缺乏回弹的刚性足弓会导致脚部过早离地，可能会降低小腿肌肉的效率。刚性足弓还会使脚踝骨骼向前倾斜过多。向前倾斜的姿势更像黑猩猩的行走姿势，而不是人类步态的笔直站立姿势。
灵活的足弓有助于重新定位脚踝，使其向上，从而使腿部能够更有效地蹬离地面。这种效果在奔跑时更为明显，表明灵活的足弓以提高奔跑效率可能是演化中期望的特征。
研究团队还发现，内侧足弓中两块骨头（距骨和内侧楔骨）之间的关节对于灵活性至关重要。研究这个关节随时间的变化可能有助于科学家追踪我们自身化石记录中双足行走的演变。
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“我们脚部的活动性似乎使我们能够直立行走和奔跑，而不是要么弯腰前倾，要么过早地蹬离地面，”该研究的合著者、女王大学的机械与材料工程师 Michael Rainbow 在一份声明中说道。
这些发现以及对足弓灵活性的更深入了解，可能有助于帮助因疾病或受伤而导致足弓僵硬的人。他们的假设仍需要进一步的检验，但可能有助于解决许多现代足部困境。
“我们的研究表明，允许足弓在推进过程中移动会使运动更有效，”Welte 说。“如果我们限制足弓的运动，那么其他关节的功能很可能会发生相应的变化。”
