大腳趾

張弨

人類骨骼的種種跡象表明，相對(duì)我們的近親猿類，雙腳直立行走是人類獨(dú)有的行為。這一跡象究竟何時(shí)出現(xiàn)在我們的進(jìn)化史中，是目前驅(qū)動(dòng)人類進(jìn)化研究或古人類研究的一個(gè)基本問(wèn)題。

智慧進(jìn)化研究所的特·加沙什維利和克瑞斯汀·卡爾森博士、統(tǒng)計(jì)與精算科學(xué)智慧學(xué)院的高級(jí)講師馬克·多德斯韋爾以及法國(guó)蒙彼利埃進(jìn)化科學(xué)研究院的研究工程師雷諾·勒本博士共同領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，試圖利用可視化技術(shù)、工程原理和統(tǒng)計(jì)分析來(lái)研究長(zhǎng)骨結(jié)構(gòu)。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題為：

1 在觀察到的或報(bào)告的活動(dòng)項(xiàng)目期間，各對(duì)照組（人類、黑猩猩和大猩猩）的跖骨皮質(zhì)厚度和抗彎曲屬性（比如斷面慣性矩）能夠反映出每組是怎樣使用它們的腳嗎？

2 各對(duì)照組之間存在低結(jié)構(gòu)變異性的骨干區(qū)域嗎？這些區(qū)域可以在空間上與高結(jié)構(gòu)變異性的骨干區(qū)域區(qū)分開(kāi)來(lái)嗎？

針對(duì)這些問(wèn)題，研究人員提出了有關(guān)古猿的腳、骨結(jié)構(gòu)組織進(jìn)化的新觀點(diǎn)，并且在連續(xù)厚度分布的可視化方面使用了彩色繪圖。所有的這一切，可以使我們更好地了解長(zhǎng)管狀骨骨干的功能形態(tài)學(xué)。

有關(guān)這項(xiàng)研究的論文《拇趾跖骨的皮層結(jié)構(gòu)和人類的運(yùn)動(dòng)調(diào)整》最初發(fā)表于開(kāi)源期刊《PLoS One》。在文章中，研究人員記錄了人類和其他猿類腳的差異，并以此為出發(fā)點(diǎn)，調(diào)查在我們的進(jìn)化史中現(xiàn)代人類的拇趾跖骨結(jié)構(gòu)模式是何時(shí)出現(xiàn)的。

除了對(duì)現(xiàn)代人體的步態(tài)差異和外觀的關(guān)鍵性進(jìn)化做了研究外，該方法還將大大推動(dòng)骨生物學(xué)和古人類化石功能形態(tài)的研究。加沙什維利說(shuō)：“這種方法向骨生物學(xué)家和功能形態(tài)學(xué)家展示了巨大的研究潛力，尤其是對(duì)肢體結(jié)構(gòu)感興趣的人。”

在最初的研究中，該團(tuán)隊(duì)將精力主要集中在與大腳趾連接的足骨軸上，而在現(xiàn)代人類、大猩猩和黑猩猩群體中，大腳趾也被稱為拇趾跖骨。大腳趾在人類行走和奔跑的推進(jìn)階段起著至關(guān)重要的作用，而對(duì)其他猿類動(dòng)物而言，大腳趾更像大拇指，方便抓握，有利于攀爬和其他樹(shù)棲行為。

結(jié)合兩個(gè)先前開(kāi)發(fā)的模式（使結(jié)構(gòu)模式可視化的彩色繪圖技術(shù)和允許這些模式定量檢測(cè)的懲罰性判別分析），該團(tuán)隊(duì)得到了一個(gè)有關(guān)不同使用方式下腳趾結(jié)構(gòu)性差異的綜合記錄。卡爾森說(shuō)：“這項(xiàng)研究是針對(duì)一項(xiàng)技術(shù)的范例原理驗(yàn)證分析，可以通過(guò)引入一種新的長(zhǎng)管狀骨軸分析方法，推進(jìn)骨生物學(xué)和功能形態(tài)學(xué)的常規(guī)研究。我們的初始研究已經(jīng)記錄了人類、黑猩猩和大猩猩令人激動(dòng)的結(jié)構(gòu)性差異，可以基于它們對(duì)步態(tài)差異進(jìn)行預(yù)測(cè)。目前，我們正在急切地追溯這些結(jié)構(gòu)性差異在進(jìn)化過(guò)程中出現(xiàn)的時(shí)間。”

多德斯韋爾說(shuō)：“生物研究，如對(duì)遺傳學(xué)和大腦的研究，越來(lái)越普遍地利用基本過(guò)程離散化或分區(qū)獲得的數(shù)據(jù)來(lái)處理問(wèn)題。人類管狀骨的連續(xù)性特征就是一個(gè)很好的例子，充分證明了可視化模式是如何通過(guò)提供形式與功能關(guān)系的不同信息，來(lái)區(qū)分群體和群體內(nèi)出現(xiàn)的變化。”