四足動(dòng)物在陸地進(jìn)化，長(zhǎng)期以來(lái)都在陸地上扮演著舉足輕重的生態(tài)角色，兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物、哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)及其祖先等陸地脊椎動(dòng)物都屬于四足動(dòng)物。

在地球歷史上，四足動(dòng)物還曾多次進(jìn)入海洋，并占據(jù)了食物鏈的頂端，比如今天的鯨豚類(lèi)（屬于哺乳動(dòng)物）。

四足的出現(xiàn)，讓脊椎動(dòng)物能夠在陸地上高效地移動(dòng)，這是它們?cè)陉懙孬@得巨大成功的第一步。

不過(guò)，不同的四足動(dòng)物擁有完全不同的行走方式。

有些是用腳趾行走的——它們被稱(chēng)為趾行動(dòng)物，我們熟悉的貓和犬就是屬于這種；有些是用腳趾尖行走的——它們被稱(chēng)為蹄行動(dòng)物，豬、羊、牛、馬等就是屬于這種。

還有一些四足動(dòng)物會(huì)將整個(gè)腳掌都放在地面上完成行走，這些動(dòng)物被稱(chēng)為跖行動(dòng)物，我們?nèi)祟?lèi)就是屬于這種。

對(duì)于跖行動(dòng)物而言，腳趾對(duì)行走的幫助似乎不是很明顯，所以您會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果一個(gè)人失去一個(gè)腳趾頭的話，他依然可以很好的走路。

不過(guò)，人類(lèi)的腳趾并不是一無(wú)是處，在我們行走時(shí)，腳趾頭幾乎有75%的時(shí)間著地，這預(yù)示著它們具有潛在的作用。

腳趾頭有什么作用？

其實(shí)，人類(lèi)腳趾頭的作用有兩個(gè)，一個(gè)是提供平衡，另一個(gè)是提供了推進(jìn)力，只是每根腳趾頭在這兩方面的作用是不同的。

腳趾的結(jié)構(gòu)非常典型，除了大腳趾之外，其它所有腳趾都是由三節(jié)趾骨組成的，包括近節(jié)趾骨、中節(jié)趾骨和遠(yuǎn)節(jié)趾骨。

大腳趾則缺少了中節(jié)趾骨，但它是所有腳趾頭中最重要的。

人在移動(dòng)時(shí)，腳趾頭會(huì)將整個(gè)身體的重量引導(dǎo)至行走的方向，從而推進(jìn)身體，而大腳趾在這個(gè)過(guò)程中承受最大的重量——它承受的重量幾乎是其他所有腳趾總和的兩倍。

對(duì)于提供推進(jìn)來(lái)說(shuō)，我們的腳趾頭承受的重量從拇指開(kāi)始依次變得越來(lái)越小，到了小腳趾，它已經(jīng)幾乎不承受推進(jìn)的重量了，甚至可以說(shuō)在推進(jìn)方面的作用，小腳趾是可有可無(wú)的存在。

但是，小腳趾在提供平衡方面的作用卻非常顯著，僅次于大腳趾。

我們走路時(shí)，大腳趾關(guān)節(jié)、小腳趾關(guān)節(jié)和腳后跟一起，就像三腳架一樣支撐著身體，提供穩(wěn)定的平衡。

一個(gè)人如果失去小腳趾的話，可能會(huì)導(dǎo)致步態(tài)異常，甚至因失去平衡而變得容易摔倒。

您可能還會(huì)好奇，有的人腳趾頭長(zhǎng)點(diǎn)，有的人腳趾頭短點(diǎn)，那么腳趾頭的長(zhǎng)短是否對(duì)移動(dòng)的推進(jìn)和平衡有影響呢？

就運(yùn)動(dòng)而言，是腳趾頭長(zhǎng)一點(diǎn)好，還是短一點(diǎn)好？

為什么人類(lèi)的腳趾頭這么短？

2009年一篇發(fā)表在《實(shí)驗(yàn)生物學(xué)雜志》上的文章揭示了人類(lèi)腳趾頭長(zhǎng)短對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響[1]。

該研究收集了不同腳趾頭長(zhǎng)度的人在運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)和足底壓力方面的數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，較長(zhǎng)的腳趾需要腳趾屈肌付出更大的力量和機(jī)械功才能彎曲和蹬地，這意味著較長(zhǎng)的腳趾在移動(dòng)時(shí)會(huì)消耗更多的能量。

不過(guò)，該研究也指出，移動(dòng)時(shí)長(zhǎng)短腳趾之間的能量差異只有在跑步時(shí)才會(huì)變得明顯，如果只是行走的話，兩者的能量差異可以忽略不計(jì)。

該研究因此得出結(jié)論，人類(lèi)較短的腳趾可能是在耐力跑進(jìn)化過(guò)程中被自然選擇的產(chǎn)物。

其實(shí)，較短的腳趾不僅在推進(jìn)時(shí)更加省力，在步態(tài)周期的“制動(dòng)”階段，能量消耗也是更小的，這是因?yàn)檩^短的腳趾提供了更高效的杠桿。

那么這是否意味著，短腳趾的人比長(zhǎng)腳趾的人在跑步時(shí)更有優(yōu)勢(shì)呢？

如果是耐力跑的話，比如馬拉松，那短腳趾肯定更具優(yōu)勢(shì)。

但如果是快速的短跑運(yùn)動(dòng)的話，那么長(zhǎng)腳趾卻更具優(yōu)勢(shì)。

2009年的另外一項(xiàng)研究，研究人員對(duì)12名大學(xué)短跑運(yùn)動(dòng)員和12名身高相同的非運(yùn)動(dòng)員的足部數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和對(duì)比[2]。

研究人員發(fā)現(xiàn)，短跑運(yùn)動(dòng)員的腳趾通常更長(zhǎng)，另外他們足部的力臂（肌腱到踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的距離）也明顯更短——大約短了25%。

之后，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)模型，分析他們收集的這些生理數(shù)據(jù)。

另外，通過(guò)這個(gè)模型，研究人員可以自由修改肌腱力臂和腳趾的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，模型就會(huì)計(jì)算出相應(yīng)數(shù)據(jù)下能夠產(chǎn)生多大的加速度。

通過(guò)這個(gè)模型很容易看出，當(dāng)跟腱力臂最短、腳趾最長(zhǎng)時(shí)，加速度則最大。

所以，這些短跑運(yùn)動(dòng)員通常腳趾更長(zhǎng)，跟腱力臂更短。

其實(shí)，更長(zhǎng)的腳趾短跑速度會(huì)更快，很容易解釋。

短跑起跑時(shí)，跑者加速的唯一途徑就是利用腿部肌肉蹬地產(chǎn)生的反作用力，而長(zhǎng)腳趾能讓短跑運(yùn)動(dòng)員比其他跑者更長(zhǎng)時(shí)間地保持與地面的最大接觸，從而自然而然能夠提供更大的反作用力。

簡(jiǎn)單得說(shuō)，長(zhǎng)腳趾的人會(huì)以消耗更大的能量為代價(jià)，來(lái)?yè)Q取更快的速度。

所以，腳趾頭的長(zhǎng)短各有好處，只是人類(lèi)在過(guò)去需要適應(yīng)耐力跑，所以擁有了較短的腳趾。

參考：

• [1].https://doi.org/10.1242/jeb.019885
• [2].http://dx.doi.org/10.1242/jeb.031096