我爱孩子 新闻 童年科普:人脚、猫爪、马蹄的区别在哪里?

童年科普:人脚、猫爪、马蹄的区别在哪里?

修复马蹄铁的视频中的技术人员首先用大钳子把钉在马蹄铁上的马蹄铁拔出来,然后用刮刀等工具把旧马蹄铁修复得新鲜美观,露出浅色的内层组织。有些不明所以的观众可能会觉得太残忍了,看这么痛苦的视频能缓解压力?

是的,如果你是一匹马,怎么会有人把钉子钉在你的鞋底上让它站立?但转念一想,视频里的马似乎没有反抗。为什么?

钉马蹄铁是不准确的。马只有马蹄铁没有马蹄铁,而马蹄铁只是它的脚趾甲。对一个人来说,修脚是一种享受。

但是问题又来了。如果说马蹄铁是他们的脚趾甲,那他们的姿势就太奇妙了。

事实上,更多关于动物行走方式的讨论是关于膝盖方向的。有些人可能会发现马的后腿膝盖和鸵鸟的腿和人的腿是相对的。我们的膝盖在前面,他们的膝盖在后面。我们在创作一些虚构的兽人形象时,也把反膝作为一个重要特征。

事实上,这些鸟类和动物没有任何特殊的变异,无论是膝盖反向行走还是脚趾甲行走,除了它们特别有下肢的结构以适应跑步。那些我们误以为是膝盖的关节,其实是他们的脚踝。如果我们逐个看骨头,其实每个关节的方位都是一致的。

1.熊 2.猫 3.马,马的膝盖并没有反
1。熊2。第三类。马,马的膝盖不反

先不要说太远,先说哺乳动物。在哺乳动物中,你可以找到三种不同的行走模式:足底(zh \\uτ)行走。简单来说就是全足行走,代表动物、老鼠、熊;脚尖走路,即前掌或脚尖着地走路,代表动物、猫、狗;【/s2/】蹄走【/s2/】,也就是说用脚趾在地上行走,代表牛、羊、马、猪等动物。

基座行走是最原始的行走方式,是我们刚上岸的祖先实现的第一个姿势。这种行走方式的优点是与地面接触面积大,相对稳定。俗话说,它对地面的抓地力很强,但运动能力相对较弱,因为它主要考虑的是身体的支撑。毕竟早期陆地生活的竞争没那么激烈,稳定的性格才是最重要的。

之后,随着陆地上竞争的加剧,捕食者需要强大的奔跑能力来追逐猎物,于是出现了脚尖走路的姿势。你能回忆一下,你能想到一种不踮脚走路的纯食肉动物吗?(北极熊!其实食肉动物下面很多常见的野兽都是走趾的,比如猫和犬科动物,它们都有共同的特点,比如善于奔跑,有爪子。

对于动物的爪子标本,猎豹的爪子在第二排是第五和第六

捕食者有很好的装备,它们捕食的猎物当然需要和它们竞争。所以很多草食动物的着地部分更进一步,似乎脚尖着地已经是极限了。没想到它们更坚韧,骨头不够指甲凑,所以指甲变成了蹄子。

对比足底行走、脚尖行走、蹄子行走的演变,我们会发现一个规律,就是落地的地方越来越靠前,骨骼越来越长,更擅长跑步。

但是,你可能会有些疑惑。比如在陆地上跑得最快的猎豹,明明是趾类动物,那么它不就是擅长无蹄类动物奔跑吗?注意,擅长跑步和跑得快不一样。猎豹虽然速度快,但几乎没有耐力。而且猎豹为了这一刻牺牲的太多了。猎豹其实和其他“豹子”并不亲近。它是属于猫猎豹的唯一物种。它们的爪子已经失去了为了适应跑步而扩张收缩的能力,只能在倒下后锁住喉咙。

所谓擅长跑步,其实是对应其他能力的牺牲。例如,除了短距离的行走和跑步,足底行走还带来了超强的攀爬和抓握能力。说到脚尖走路,代表性的猫都有爪子,除了会跑,还会爬树,还有一定的战斗能力。但是,有蹄动物只能跑。

马的进化就是最好的例子。1867年,人类在北美发现了始祖鸟化石,这是已知最早的马。祖传的马生活在5000万年前,它们的栖息地仍然在森林里。它们只有狐狸那么大,前脚四个脚趾,后脚三个脚趾,可以说是相貌平平。

到4000万年前,它们已经变得和绵羊差不多大,前脚的四个脚趾变成了三个脚趾。到2000万年前,马的祖先已经从森林中出来生活在草原上。虽然他们还有三个脚趾,但中趾已经突破了天空,成为唯一落地的脚趾,也意味着他们的奔跑能力进一步加强。

到了1000-300万年前,马的祖先和现代马的祖先没有太大区别。中脚趾的角质形成硬蹄,另一侧脚趾退化看不见。

没有及时做美甲的马蹄
马蹄不及时修指甲

马的进化史可以用一句话来描述:五千万年一指禅的修行。

擅长跑步的你为什么会选择蹄子?这其实关乎效率。跑步对食草动物来说是专业的。面对捕食者的追击,它们要跑得更快更久才能逃脱,但它们不能死,因为它们把所有的精力都跑掉了。

所以,当跑步的效率至关重要的时候,节省一点能量就意味着收益。我们看到,从足底到脚趾到蹄子,他们的脚在踝关节以下越来越长。如果与人的结构相对应,马后脚的脚掌骨比大腿长。

一方面,脚长了可以带来更大的步幅,另一方面,发力的肌肉进一步上移,越来越靠近身体,肩峰关节由肌腱驱动,质量相对较小,有利于跑步的稳定性和步幅频率的提高。而着陆点的前方也可以让更多的关节参与跑步来抵抗冲击。

事实上,这些原则也适用于人类。优秀的马拉松运动员大多采用前脚掌跑法,前脚掌跑法在长跑运动员中逐渐兴起。一般认为可以更好的减少冲击,保护膝关节。

脚跟跑法和前脚掌跑法的落地冲击差别明显
跟跑和前脚跑落地冲击力有显著差异

既然提到了人类,那就要说说我们的奇葩了。人类是可以同时用脚、脚趾和蹄子行走的动物。当然,这只是暂时的近似。毕竟我们没有真正的蹄子。

如果你观察过猩猩的爪子,你会发现它们的爪子就像手一样,面积很大,抓握能力也很好,但人类的脚却大不相同。我们的脚越来越长越来越窄,脚趾越来越短,完全没有抓握能力,证明人类在进化的过程中提高了奔跑的能力。

行走站立时完全是足底,全足着地,非常稳定省力,让我们解放双手,发展更多技能,而不是像猩猩一样需要双手辅助行走。

如果需要跑得快,我们的姿势会变成前脚掌着地,脚后跟基本是悬空空。只有这样的姿势才能承受快速奔跑带来的巨大冲击,类似猫狗的脚趾。在现代,芭蕾舞演员会用脚尖着地跳舞。这种蹄子般的姿势需要特殊的训练和鞋子。

虽然我们可以暂时改变走路的方式,但我们的脚毕竟是为足底行走而设计的,改变方式会带来很多问题。比如需要大量跑跳的职业运动员,他们最常见的损伤之一就是足底筋膜炎,这是一种由于长时间反复拉扯足底筋膜而引起的慢性炎症,在足球、篮球中非常常见。

像动物一样奔跑也不是不可能。只要你失去双脚,就装一双假脚。田径领域有一个著名的案例,至今仍有争议,非常适合谈步行方式这个话题。

2004年,南非奥斯卡·皮斯托瑞斯出生空,并获得100米铜牌和2004年雅典残奥会金牌。然而他生来就是一个两脚截肢的残疾人,却在200米决赛中用一脚截肢击败了两个对手,打破了世界纪录。

更让人惊讶的是,奥斯卡直到2004年1月才开始接受专业的短跑训练。他之所以如此成功,是因为他使用了最先进的碳纤维假体。

碳纤维假肢出现后,残疾人短跑世界纪录有了很大的提高,使膝下截肢者(T43)的成绩超过单膝下截肢者(T44),也是所有组别中世界纪录最快的。目前国际残奥会T43的100米和200米世界纪录分别是10.57秒和20.66秒(超过了中国优秀运动员的标准),太可怕了。

随之而来的是巨大的争议。2007年,国际田联委托科隆大学研究“J”型碳纤维假体,得出结论,这种假体与健康人相比,在跑步时可以节省25%的能量。

因为碳纤维的特性,所以重量轻,很有弹性。奥斯卡·皮斯托瑞斯需要调动更少的肌肉,加快步伐。认为佩戴这种假体可以比其他运动员快11%。

这种碳纤维假体是模仿猎豹生物力学开发的,所以也能带来很大的优势,尤其是跑步效率。但是,和走路方式的演变一样,高效率也不可避免的失去了一部分稳定性。“奥斯卡·皮斯托瑞斯”通常起步很慢,甚至失去平衡摔倒,但仅下半场的优势就足以一次又一次打破世界纪录。

我们对运动力学的研究有没有可能让残疾人有超越健康人的能力?如果真有那么一天,这种沿着自然路径的转化方向是进化吗?

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