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        關(guān)于腳 你所不知的20件事

        2019-12-10 06:44:23秋菊玉琳
        奧秘 2019年11期
        關(guān)鍵詞:腳趾陸地祖先

        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(lái)的。

        1.當(dāng)“阿波羅11號(hào)”登陸月球時(shí),如果我們的腳從來(lái)沒有進(jìn)化過(guò),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(guò)了漫長(zhǎng)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(lái)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(wàn)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(guò)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(guò)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(guò)程,就像腳的一個(gè)濃縮的進(jìn)化過(guò)程。

        5.人類的腳具有大跟骨、短腳趾和長(zhǎng)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?。我們?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(zhǎng)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(wú)論好壞,這是一個(gè)巨大的飛躍。

        6.至少在160萬(wàn)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(lái)的。

        7.320萬(wàn)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(guò)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(lái)。

        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(lái)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(zhǎng)頸鹿)。

        12.其他靈長(zhǎng)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(guò)去也曾這樣粗糙過(guò)。我們的祖先南方古猿生活在350萬(wàn)年前,有一雙像黑猩猩那樣的腳。170萬(wàn)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(zhǎng)話短說(shuō),我們的祖先先從樹上下來(lái),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(lái)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(lái)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(shuō),這些腳趾因奔跑而產(chǎn)生。研究人員發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)腳趾者個(gè)體進(jìn)行了更多的機(jī)械勞作,來(lái)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(zhǎng)長(zhǎng)跑,來(lái)追逐獵物、消耗獵物體力。

        16.在這種捕獵模式下,長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(guò)垂直和倒置的平面來(lái)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(zhǎng)。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(wú)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(rùn)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。

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