動物界最能跑的，其實是在用腳指甲飛馳

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最近，減壓小視頻界又發(fā)現(xiàn)了新寶藏——修馬蹄。

視頻里的技師先用大鉗子硬生生拔下釘在馬蹄上的馬蹄鐵，然后再用刮刀等工具把陳舊的馬蹄修得鮮嫩靚麗，露出淺色的內(nèi)層組織。有些不明所以的觀眾可能會覺得這實在太殘忍了，看著這么痛的視頻還能減壓？

是啊，如果你是馬，有人往你的腳掌上釘釘子怎么可能會受得了？可是再一想，視頻里的馬好像也沒有任何痛苦或反抗的表現(xiàn)，這究竟是為什么？

因為釘馬掌的說法不準(zhǔn)確，馬只有馬蹄沒有馬掌，而馬蹄只是馬的腳指甲——有人修腳，那是一種享受。

不過問題又來了，如果馬蹄是馬的腳指甲，那馬站立、行走、奔跑的姿勢也未免太奇葩了吧。

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其實，關(guān)于動物行走方式的討論，更多是圍繞著膝蓋朝向的?？赡苡行┤藭l(fā)現(xiàn)，馬后腿、鴕鳥雙腿的膝蓋朝向和人是相反的，我們的膝蓋朝前，它們的膝蓋朝后。我們在塑造一些虛構(gòu)的獸人形象時，也會把反向的膝蓋當(dāng)成一個重要的特征。

其實不管是反向膝蓋還是用腳指甲行走，這些鳥獸都并沒有什么奇特的變異，只不過是它們?yōu)榱诉m應(yīng)奔跑而改變了下肢的結(jié)構(gòu)。那些被我們誤以為是膝蓋的關(guān)節(jié)實際上是它們的腳踝，如果把骨骼一一對應(yīng)來看，其實每個關(guān)節(jié)的朝向都是一致的。

我們不談太遠(yuǎn)的，就從哺乳動物講起。哺乳動物里，就可以找出3類不同的行走方式：跖行，簡單來說就是全腳掌著地行走，代表動物有老鼠、熊等;趾行，即以前掌或趾頭著地行走，代表動物有貓、狗等;蹄行，也就是用趾尖著地行走，代表動物有牛、羊、馬、豬等。

跖行是最原始的一種行走方式，是我們剛登上陸地的老祖宗最早使用的姿勢。這種行走方式的優(yōu)點在于接觸地面的面積大、比較穩(wěn)定，俗話說就是抓地力強，不過運動能力比較弱。因為它主要考慮的是對軀體的支撐，畢竟早期的陸地生活競爭沒有那么激烈，穩(wěn)才是最重要的。

之后，隨著陸地上的競爭越來越強，捕食者需要強大的奔跑能力追逐獵物，那么趾行這種姿勢也就出現(xiàn)了。實際上食肉目下很多常見的猛獸都是趾行的，比如貓科、犬科動物，它們都有共同的特點，善于奔跑且有爪子。

捕食者有了好裝備，那么獵物當(dāng)然也需要與之抗衡，于是很多食草動物的觸地部分進(jìn)一步前移，貌似腳尖著地已經(jīng)是極限了，沒想到它們更狠，骨頭不夠趾甲來湊，于是趾甲變蹄子。

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對比跖行、趾行、蹄行3種行走方式的演化，我們會發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，就是著地點越來越前，骨頭越拉越長，也越來越擅長奔跑。

然而，你可能有一些質(zhì)疑，比如陸地上奔跑速度最快的獵豹明明是趾行動物，它難道就比其他蹄行動物更擅長奔跑嗎？注意，擅長奔跑并不等同于跑得快，獵豹雖然跑得快，但耐力很弱，況且為了爆發(fā)力，獵豹犧牲了太多。獵豹其實和別的“豹”并不親，它是貓科獵豹屬下的唯一物種，它們的爪子為了適應(yīng)奔跑而喪失了伸縮的能力，捕殺獵物只能靠將獵物撲倒、鎖喉。

擅長奔跑其實也意味著犧牲其他能力。比如跖行王者靈長類動物，除了行走和短距離奔跑以外，跖行還帶來了超強的攀爬、抓握能力;到了趾行的代表——貓科動物，除了奔跑還有爪子，除了一定的搏斗能力還能爬樹，然而有蹄類動物就只剩下能跑了。

馬的進(jìn)化歷程就是最好的例子。1867年，人類在北美發(fā)現(xiàn)了始祖馬化石，始祖馬是已知最早的馬，生活在距今5000萬年前，棲息地在森林。它們的體型大概只有狐貍那么大，前腳有四趾，后腳有三趾，可以說樣貌平平。

4000萬年前，它們的體型變得和羊差不多大，前腳四趾變成了三趾。等到2000萬年前，馬的祖先已經(jīng)走出森林，到草原生活，雖然仍留有三趾，但是此時中趾已經(jīng)突破“天際”，成為唯一著地的趾，這也意味著它們的奔跑能力進(jìn)一步強化。

到了300萬年前，馬的祖先已經(jīng)和現(xiàn)代馬沒有太大差別了，中趾趾端角質(zhì)還形成了硬蹄，其余側(cè)趾都退化得已經(jīng)不可見。

可以用一句話描述馬的進(jìn)化史：5000萬年的“一指禪”修煉之路。

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為什么擅長奔跑就要選擇蹄行？這其實關(guān)乎效率問題。對于草食動物來說，奔跑必須專業(yè)。面對捕食者的追擊，它們要跑得更快、跑得更久才能逃脫，但是也不能因為一次逃命耗盡所有能量，以致一命嗚呼。

所以，奔跑的效率很關(guān)鍵，能節(jié)省一點能量就算賺到了。從跖行到趾行再到蹄行，它們腳部踝關(guān)節(jié)以下變得越來越長，如果對應(yīng)人骨骼的結(jié)構(gòu)，馬后腳的腳掌骨比它的大腿還要長。

一方面，更長的腳能帶來更大的步幅，另一方面，發(fā)力的肌肉也進(jìn)一步上移，靠近軀體，肢端關(guān)節(jié)由筋腱帶動，質(zhì)量相對較小，有利于奔跑時的穩(wěn)定和步頻的提高。而著地點靠前也能讓更多的關(guān)節(jié)參與到奔跑中，從而抵抗沖擊。

這些原理其實也適用于人類，優(yōu)秀的馬拉松運動員大多數(shù)采用的是前腳掌跑法，而在長跑愛好者群體里也逐漸興起前腳掌跑法，一般認(rèn)為此方法能減少沖擊，保護(hù)膝關(guān)節(jié)。

既然提到了人類，就不得不講一講我們這群“奇葩”了。人類可是能同時做到跖行、趾行、蹄行的動物，當(dāng)然只是暫時近似地做到，畢竟我們沒有真正的蹄子。

如果你觀察過猩猩的腳掌，就會發(fā)現(xiàn)它們的腳掌簡直和手掌一樣，面積很大，有很好的抓握能力?？墒侨祟惖哪_就很不一樣了，人類的腳更長更窄，腳指頭很短，完全沒有抓握能力，這足以證明人類在進(jìn)化過程中提高了奔跑的能力。

在行走和站立時，我們是徹徹底底的跖行，全腳掌著地，非常穩(wěn)定且省力，這讓我們得以解放出雙手開發(fā)更多的技能，而不用像猩猩一樣需要雙手輔助行走。

如果需要快速奔跑，我們的姿態(tài)就會變?yōu)榍澳_掌著地，腳跟基本懸空，只有這樣的姿勢才能承受快速奔跑帶來的巨大沖擊力，類似于貓和狗的趾行。到了現(xiàn)代，芭蕾舞演員會采用腳尖著地的姿勢表演舞蹈，這種類似蹄行的姿勢需要特殊的訓(xùn)練和鞋子的輔助。

盡管我們能夠暫時改變行走方式，但是我們的雙腳畢竟還是為跖行設(shè)計的，改變會帶來很多的問題。比如需要進(jìn)行大量跑跳訓(xùn)練的專業(yè)運動員，他們最常見的一種傷病是足底筋膜炎，是由于長時間反復(fù)牽拉足底筋膜而引發(fā)的慢性炎癥，在足球界和籃球界都非常常見。

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想像動物那樣奔跑也不是沒有辦法，裝一雙人造的腳就可以了，當(dāng)然前提是你失去了雙腳。在田徑界有一個著名的案子，到今天仍然頗具爭議，非常適合在行走方式的話題里討論。

2004年，南非人奧斯卡·皮斯托瑞斯橫空出世，在2004年雅典殘奧會上拿到了田徑100米跑銅牌和200米跑金牌，而他是一名天生雙腳截肢的殘疾人。他在200米決賽上打敗了兩位單腳截肢的對手，并且還打破了世界紀(jì)錄。

更讓人驚奇的是，奧斯卡是在2004年1月才開始接受專業(yè)的短跑訓(xùn)練的。如此容易出成績的原因，在于他使用了最先進(jìn)的碳纖維假肢。

碳纖維假肢的出現(xiàn)大幅度提高了殘疾人短跑的世界紀(jì)錄，以至于雙膝下截肢組別（T43）的成績反超單膝下截肢組別（T44），也是所有組別中世界紀(jì)錄最快的?，F(xiàn)在國際殘奧會T43組別的100米、200米的世界紀(jì)錄分別是10.57秒和20.66秒（超過中國健將級運動員標(biāo)準(zhǔn)），這樣的成績非?？膳?。

隨之而來的就是極大的爭議，2007年，國際田聯(lián)委托科隆大學(xué)對J型碳纖維假肢進(jìn)行了研究，結(jié)論是這種假肢比健全人奔跑時節(jié)省25%的能量。

由于碳纖維的特性——既輕量化又非常有彈性，“刀鋒戰(zhàn)士”奔跑時需要調(diào)動的肌肉更少，步頻更快，研究認(rèn)為佩戴這種假肢跑步能比其他運動員快11%。

這種碳纖維假肢是仿獵豹生物力學(xué)研發(fā)出來的，所以它能帶來非常大的優(yōu)勢，尤其是在奔跑效率上，不過和我們所說的行走方式演化一樣，高效率不可避免地?fù)p失了一部分穩(wěn)定性?！暗朵h戰(zhàn)士”的起跑通常非常慢，甚至?xí)蚴テ胶舛さ?，但僅靠后半程的優(yōu)勢就足以一次又一次地打破世界紀(jì)錄。

我們對運動力學(xué)的研究有沒有可能讓殘疾人擁有超越健全人的能力呢？如果真的有那一天，這種沿著自然路徑的改造方向又算不算是一種演化呢？