哥伦比亚麦德林，少年们正在练习花样游泳。

　　摄影：KIKE CALVO, NAT GEO IMAGE COLLECTION

　　撰文：SARAH ELIZABETH RICHARDS

　　一百多年来，进化生物学家一直对人类的足部叹为观止：它们不仅精巧的设计，而且能让直立行走毫不费力。比如，短短的脚趾带来了长距离奔跑的能力。

　　2月26日发表于《自然》杂志的一篇论文把目光投向了其中的一部分：足弓，即凸向上方的弓形结构，它在人类活动过程中发挥的作用比之前想象的更大。专家表示，这一发现加深了我们对足部生物力学的了解，科学家可以据此制造出更精确的机械肢和假肢，骨科医生能更好地治疗足部疾病，设计师也许会带来更好的鞋子设计。

　　在法国的一座庄园里，当地人正在再现古法酿酒的过程。

　　摄影：BRIAN FINKE, GETTY IMAGES VIA NAT GEO IMAGE COLLECTION

　　来自美国、日本和英国的研究团队表示，现代人类足部40%的刚度来自一种被称为“跗骨横弓”的结构（一道穿过脚面的横向曲线），而它的作用以前被低估了。这个横弓与足底更著名的内侧纵弓一起，共同构成了独特的足部刚度，让我们在走路时不会摔倒，并把人类和其他灵长动物区分开来，后者需要更灵活的脚攀住树枝。

　　研究首席著者、耶鲁大学的机械工程和材料科学助理教授Madhusudhan Venkadesan说：“我们很惊讶它会有这样的效果。关于脚的形状与刚度的关系，一直有不少争议，但主要集中在内侧纵弓（从球状部位到脚跟的一道长弧）。”

　　在塞内加尔胡安·安东尼奥·萨马兰奇体育馆非洲奥林匹克中心，足球赛即将开始。

　　摄影：TINO SORIANO, NAT GEO IMAGE COLLECTION

　　在新加坡植物园，一群中年人正在锻炼身体。

　　摄影：CORY RICHARDS, NAT GEO IMAGE COLLECTION

　　足弓的弯曲与足部刚度之间的关系很好理解，想象一下你手里抓着一张一美元纸币。把它铺平，稍微卷一下长边，让中间弯曲起来，就像一条管道或公路隧道。这样就形成了一个纵向的拱形，用手指推推这个拱形的中央，你会感觉到有某种阻力或刚度。Venkadesan的团队希望证明，我们的足部也存在相似的原理；这也解释为什么披萨叠起来后，会不那么松软。

　　“我们要想办法在脚上检验这个想法。”他说。

　　于是他们设计了一系列实验，在两具人类尸体的脚上进行了弯曲测试。在活人身上，我们很难区分横弓的作用，因为它总会与脚的其他部分协同运作。但在尸体上，研究人员可以移除跖骨之间的弹性组织，从而直接测量足弓对足部刚度的影响。

　　下一步是了解横弓在人类进化中所起的作用。Venkadesan的团队开发了一个数学模型，通过对比现代人的足弓与已灭绝的古人类的化石，重建人类足部的历史。

　　不出所料，横弓的出现是直立行走的重要一环。横弓在其他古人类身上出现的时间，比现代人类脚踏大地要早300多万年。接下来是内侧纵弓，准确地说，它出现在180万年前。这对组合带来了必要的刚度，跑马拉松和跳跃因此成为可能。

　　专家表示，新研究意义重大，因为这是我们首次量化横弓的刚度。

　　主动式踝关节假肢里的电动弹簧可以像真腿一样运动。

　　摄影：MARK THISESSEN, NAT GEO IMAGE COLLECTION

　　纽约布法罗大学的人类学助理教授Nicholas Holowka一直在研究人类足部的进化。他说：“我们很早就知道横弓的存在，但一直没有办法测量，因此不知道它对脚的整体功能的影响。这项研究极大地拓展了我们的认知：足部独特的形状让我们获得了双足行走的能力。”

　　那么，这项研究对于扁平足的人有什么意义？事实上，横弓是默默支撑身体的无名英雄。

　　扁平足内侧纵弓塌陷，会给对身体其他部分带来压力，导致足痛。军方曾因此拒绝扁平足的人入伍。

　　但Venkadesan的研究揭示了为什么大部分扁平足的人并没有遇到慢性疼痛或受伤，Holowka 说。

　　“想象一下，扁平足的人纵弓较低，但因为横弓相对较高，所以脚仍有一定的刚度，” Holowka补充说，未来的研究将检测扁平足的程度与横弓之间的关联。他还表示会找到量化横弓弯曲的方法，从而更好地了解足痛，这可能是制造矫正器的关键所在。

　　澳大利亚圣卢西亚昆士兰大学的生物力学副教授Glen Lichtwark表示，未来其他研究应当着眼于人类横弓的解剖范围，从而找出高曲率和高刚度之间的相关性。

　　Lichtwark说：“你可能曲率高，但在其他地方有一个折衷。或者我们可以用不同的方式调用肌肉。目前我们还不知道真实情况。”

　　时代广场，黄色出租车、红色高跟鞋和女人的腿组成了一道风景。

　　摄影：TINO SORIANO, NAT GEO IMAGE COLLECTION

　　Lichtwark与他人合著的论文发表在《自然》杂志上，他表示，这项研究对于足部保健有着实际意义，包括设计机械肢和假肢，解释为什么矫形外科手术可以减轻一些病人的痛苦，却对另一些人无效。未来，鞋店的员工可能只要扫描一下你的脚，就能根据整体结构给出适合你的个性化推荐。

　　“这项研究为我们带来了思考足部复杂结构的另一个维度，”Lichtwark说：“它强调足部是三维，我们要以此为出发点展开思考。”