四足動物在陸地進化，長期以來都在陸地上扮演著舉足輕重的生態(tài)角色，兩棲動物、爬行動物、哺乳動物、鳥類及其祖先等陸地脊椎動物都屬于四足動物。

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

四足的出現(xiàn)，讓脊椎動物能夠在陸地上高效地移動，這是它們在陸地獲得巨大成功的第一步。

不過，不同的四足動物擁有完全不同的行走方式。

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

還有一些四足動物會將整個腳掌都放在地面上完成行走，這些動物被稱為跖行動物，我們人類就是屬于這種。

對于跖行動物而言，腳趾對行走的幫助似乎不是很明顯，所以您會發(fā)現(xiàn)，如果一個人失去一個腳趾頭的話，他依然可以很好的走路。

不過，人類的腳趾并不是一無是處，在我們行走時，腳趾頭幾乎有75%的時間著地，這預示著它們具有潛在的作用。

腳趾頭有什么作用？

其實，人類腳趾頭的作用有兩個，一個是提供平衡，另一個是提供了推進力，只是每根腳趾頭在這兩方面的作用是不同的。

腳趾的結構非常典型，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。

人在移動時，腳趾頭會將整個身體的重量引導至行走的方向，從而推進身體，而大腳趾在這個過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。

對于提供推進來說，我們的腳趾頭承受的重量從拇指開始依次變得越來越小，到了小腳趾，它已經(jīng)幾乎不承受推進的重量了，甚至可以說在推進方面的作用，小腳趾是可有可無的存在。

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，大腳趾關節(jié)、小腳趾關節(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。

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

您可能還會好奇，有的人腳趾頭長點，有的人腳趾頭短點，那么腳趾頭的長短是否對移動的推進和平衡有影響呢？

就運動而言，是腳趾頭長一點好，還是短一點好？

為什么人類的腳趾頭這么短？

2009年一篇發(fā)表在《實驗生物學雜志》上的文章揭示了人類腳趾頭長短對運動的影響[1]。

該研究收集了不同腳趾頭長度的人在運動時運動學、力學和足底壓力方面的數(shù)據(jù)，結果發(fā)現(xiàn)，較長的腳趾需要腳趾屈肌付出更大的力量和機械功才能彎曲和蹬地，這意味著較長的腳趾在移動時會消耗更多的能量。

不過，該研究也指出，移動時長短腳趾之間的能量差異只有在跑步時才會變得明顯，如果只是行走的話，兩者的能量差異可以忽略不計。

該研究因此得出結論，人類較短的腳趾可能是在耐力跑進化過程中被自然選擇的產(chǎn)物。

其實，較短的腳趾不僅在推進時更加省力，在步態(tài)周期的“制動”階段，能量消耗也是更小的，這是因為較短的腳趾提供了更高效的杠桿。

那么這是否意味著，短腳趾的人比長腳趾的人在跑步時更有優(yōu)勢呢？

如果是耐力跑的話，比如馬拉松，那短腳趾肯定更具優(yōu)勢。

但如果是快速的短跑運動的話，那么長腳趾卻更具優(yōu)勢。

2009年的另外一項研究，研究人員對12名大學短跑運動員和12名身高相同的非運動員的足部數(shù)據(jù)進行測量和對比[2]。

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

之后，研究人員開發(fā)了一個簡單的計算機模型，分析他們收集的這些生理數(shù)據(jù)。

另外，通過這個模型，研究人員可以自由修改肌腱力臂和腳趾的長度數(shù)據(jù)，模型就會計算出相應數(shù)據(jù)下能夠產(chǎn)生多大的加速度。

通過這個模型很容易看出，當跟腱力臂最短、腳趾最長時，加速度則最大。

所以，這些短跑運動員通常腳趾更長，跟腱力臂更短。

其實，更長的腳趾短跑速度會更快，很容易解釋。

短跑起跑時，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，而長腳趾能讓短跑運動員比其他跑者更長時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。

簡單得說，長腳趾的人會以消耗更大的能量為代價，來換取更快的速度。

所以，腳趾頭的長短各有好處，只是人類在過去需要適應耐力跑，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