人間の足のアーチの進化は、直立歩行に必要な活力を与えた

効率的に立ち上がって二足歩行し、走ることは、ホモ・サピエンスと類人猿を分ける特徴の中でも際立っており、その多くは内側のアーチが盛り上がっていることによる。二足歩行の背後にあるメカニズムは、非常に重要であるものの、進化論上の謎が残っている。5月30日にフロンティアズ・イン・バイオエンジニアリング・アンド・バイオテクノロジー誌に掲載された研究 役に立つバネのようなアーチは、私たちが二足歩行するのを助ける目的で進化した可能性があることがわかりました。

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研究チームは、柔軟なアーチの反動により足首が垂直に再配置され、より効率的な歩行が可能になり、特にランニングに効果的であることを発見した。

「当初は、バネのようなアーチが体を持ち上げて次の一歩を踏み出すのに役立つと考えていました」と、研究の共著者でウィスコンシン大学マディソン校の生体力学エンジニアであるローレン・ウェルテ氏は声明で述べた。「実際には、バネのようなアーチが反動して足首が体を持ち上げるのを助けていることが判明しました。」

人間の足の中央にある盛り上がったアーチは、直立歩行時に人類により大きな力を与えると考えられています。扁平足の人のようにアーチの動きが制限されると、走るのにより多くのエネルギーが必要になります。アーチの反動により、体の重心が前方に推進され、本来なら筋肉が行わなければならない機械的な作業を補うことにより、人類はより効率的になる可能性があります。

この新しい研究では、研究チームはアーチの可動性が異なる 7 人の参加者を選び、高速 X 線モーション キャプチャ カメラで彼らの歩行パターンと走行パターンを撮影しました。研究チームは各参加者のアーチの高さを測定し、右足の CT スキャンを撮影しました。また、足の骨の測定された動きと比較するための剛性モデルも作成しました。次に、どの関節がアーチの反動に最も影響するか、アーチの反動が重心と足首の推進力にどの程度寄与するかを測定しました。

驚いたことに、反動のない硬いアーチは足が地面から離れる時期を早め、ふくらはぎの筋肉の効率を低下させる可能性が高いことが分かりました。硬いアーチは足首の骨を前に傾けすぎます。前傾姿勢は、人間のまっすぐな直立姿勢というよりは、歩くチンパンジーの姿勢に似ています。

柔軟なアーチは足首を垂直に立てるのに役立ち、足がより効果的に地面を蹴り出すことを可能にします。この効果は走っているときにさらに大きくなり、より効率的に走るための柔軟なアーチは望ましい進化的特徴であった可能性があることを示唆しています。

研究チームはまた、内側弓の2つの骨（舟状骨と内側楔状骨）の間の関節が柔軟性にとって非常に重要であることも発見した。この関節の経時的変化を調査することで、科学者は人類の化石記録から二足歩行の発達を追跡できる可能性がある。

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「足の可動性のおかげで、前にかがんだり、次の一歩を踏み出すのが早すぎるのではなく、直立した姿勢で歩いたり走ったりすることができるようだ」と、研究の共著者でクイーンズ大学の機械・材料エンジニアであるマイケル・レインボー氏は声明で述べた。

これらの発見と、足のアーチの柔軟性に関する理解が深まれば、病気や怪我で足のアーチが硬くなった人々の役に立つかもしれない。彼らの仮説はまださらなる検証が必要だが、現代の足に関する多くの問題を解決するのに役立つかもしれない。

「私たちの研究は、推進中にアーチが動くようにすると動きがより効率的になることを示唆しています」とウェルテ氏は言う。「アーチの動きを制限すれば、他の関節の機能にもそれに応じた変化が生じる可能性があります。」