大脚趾

张弨

人类骨骼的种种迹象表明，相对我们的近亲猿类，双脚直立行走是人类独有的行为。这一迹象究竟何时出现在我们的进化史中，是目前驱动人类进化研究或古人类研究的一个基本问题。

智慧进化研究所的特·加沙什维利和克瑞斯汀·卡尔森博士、统计与精算科学智慧学院的高级讲师马克·多德斯韦尔以及法国蒙彼利埃进化科学研究院的研究工程师雷诺·勒本博士共同领导的一个跨学科团队，试图利用可视化技术、工程原理和统计分析来研究长骨结构。

在这项研究中，科学家重点关注的问题为：

1 在观察到的或报告的活动项目期间，各对照组（人类、黑猩猩和大猩猩）的跖骨皮质厚度和抗弯曲属性（比如断面惯性矩）能够反映出每组是怎样使用它们的脚吗？

2 各对照组之间存在低结构变异性的骨干区域吗？这些区域可以在空间上与高结构变异性的骨干区域区分开来吗？

针对这些问题，研究人员提出了有关古猿的脚、骨结构组织进化的新观点，并且在连续厚度分布的可视化方面使用了彩色绘图。所有的这一切，可以使我们更好地了解长管状骨骨干的功能形态学。

有关这项研究的论文《拇趾跖骨的皮层结构和人类的运动调整》最初发表于开源期刊《PLoS One》。在文章中，研究人员记录了人类和其他猿类脚的差异，并以此为出发点，调查在我们的进化史中现代人类的拇趾跖骨结构模式是何时出现的。

除了对现代人体的步态差异和外观的关键性进化做了研究外，该方法还将大大推动骨生物学和古人类化石功能形态的研究。加沙什维利说：“这种方法向骨生物学家和功能形态学家展示了巨大的研究潜力，尤其是对肢体结构感兴趣的人。”

在最初的研究中，该团队将精力主要集中在与大脚趾连接的足骨轴上，而在现代人类、大猩猩和黑猩猩群体中，大脚趾也被称为拇趾跖骨。大脚趾在人类行走和奔跑的推进阶段起着至关重要的作用，而对其他猿类动物而言，大脚趾更像大拇指，方便抓握，有利于攀爬和其他树栖行为。

结合两个先前开发的模式（使结构模式可视化的彩色绘图技术和允许这些模式定量检测的惩罚性判别分析），该团队得到了一个有关不同使用方式下脚趾结构性差异的综合记录。卡尔森说：“这项研究是针对一项技术的范例原理验证分析，可以通过引入一种新的长管状骨轴分析方法，推进骨生物学和功能形态学的常规研究。我们的初始研究已经记录了人类、黑猩猩和大猩猩令人激动的结构性差异，可以基于它们对步态差异进行预测。目前，我们正在急切地追溯这些结构性差异在进化过程中出现的时间。”

多德斯韦尔说：“生物研究，如对遗传学和大脑的研究，越来越普遍地利用基本过程离散化或分区获得的数据来处理问题。人类管状骨的连续性特征就是一个很好的例子，充分证明了可视化模式是如何通过提供形式与功能关系的不同信息，来区分群体和群体内出现的变化。”