网易探索11月7日报道 那些最好的短跑运动员拥有特别短的脚后跟和比平均数值更长的脚趾，在理论上说，在跑步时这些特征会将他们置于劣势。生物力学研究人员的经过不断的实验后发现，尽管短脚跟意味着短杠杆臂而会在机械运动上处于劣势，但是实际上短跑运动员的短脚跟比那些长脚跟的运动员可以产生更强的力量。
跑步教练一直声称：最好的短跑运动员都是天生的，而不是后天培养的。现在，一项新的关于冲刺的生物力学的研究表明至少部分精英运动员那令人印象深刻的冲刺速度可以归因于他们的脚和脚踝骨的自然性状。
通过利用超声波成像技术，研究者对12位顶尖大学短跑运动员和12位平常人的脚进行了比较。令人惊奇的是，那些运动员拥有特别短的脚后跟和比平均数值更长的脚趾，但是，在理论上说，在跑步时这些特征则会将他们置于机械上的劣势。
“我们通过测试发现，那些优秀的短跑运动员实际上拥有比非短跑运动员有更少的机械优势。”Stephen Piazza说。Piazza是宾夕法尼亚州立大学生物力学研究人员，也是周五发布在《实验生物学期刊》的研究的共同作者。他还说：“这个研究结果令我们感觉非常惊讶，因为我们原以为那些短跑运动员需要利用所有他们可以获取的帮助来让自己跑得更快。”
Piazza和他的合作者¾运动技能学研究生Sabrina Lee，开始了他们的这一研究，他们碰巧测量了前美国橄榄球联盟的一个外接手的跟腱后，他们也被这名美国橄榄球联盟的外接手所震惊。因为他那小小的跟腱能起到让人出乎意料的杠杆作用。
“如果你把你的脚想象成类似一种手推车的样子。”Piazza说，“当你抓住这辆手推车的手柄并开始向上拉，你正在做类似你的跟腱在跑步的时候做的动作。这些手柄越长，那么更容易去举起那个负重。如果你拥有的实在是非常短的手柄，那么对于你将处于机械上的劣势。”
同样的，过于短的跟腱使得将你提离地面“杠杆臂”短而增加了这一运动的难度，这也是为什么研究者会被在职业短跑运动员身上发现的短脚跟而感到惊讶。但是更深入的研究证实这一研究结论在橄榄球运动员身上并不适用。就平均数值来说，那些顶尖短跑运动员的脚跟比那些非短跑运动员短25%，而在脚趾这方面上则要长25%。
为了理解这个似是而非的理论，研究者建立起了短跑运动员脚蹬的计算机模型。仿真实验解释出了尽管短脚跟意味着短杠杆臂而会在机械运动上处于劣势，但是实际上短跑运动员的短脚跟比那些非短跑运动员的长脚跟可以产生更强的力量。
“最后我们认为脚跟所发挥的作用中发生着一个取舍。”Piazza说，“由跟腱所扮演的杠杆臂越长，那么当你的脚趾点地时你的跟腱需要提高更多的高度。这也就是说，小腿肌肉需要更迅速的伸缩而迅速伸缩的肌肉无法产生更多的力量”
换句话说，短跑运动员牺牲了长杠杆所带来的机械优势来换取更强的脚蹬所产生的力量。自从短距离的快速加速能力成为了赢得短跑比赛的关键，Piazza称这样的取舍对于短跑运动员产生了意义。“他必须有能力去产生很大的力量，但是他也确实需要杠杆作用。”他说，“这后的结果是通过放弃一些杠杆作用，作为汇报，你实际上可以产生更多的力量而获得一个净利益。”
根据计算机的仿真实验，通过延长运动员的脚和地面接触的时间，有长长的脚趾也可以加快短跑运动员的速度。“在比赛中，提高速度的唯一方法是通过脚和地面之间的接触。”Piazza说，“如果你想要快速的提高速度，与地面之间，你需要有更多有实质意义的接触。”
但是，类似短脚跟，长脚趾也伴随着一定的代价。今年早些时候，一组人类学家报告称对于长距离跑步来说，长脚趾从能量上来看并不实用。由卡里格里大学的进化研究者Campbell Rolian所领导，这一研究小组发现现代人拥有比他们早前的人类祖先更短的脚趾，他们猜测认为对于我们远古的祖先来说，对于忍耐力的需求可能超过他们对于速度和加速度的需求。
“实际上这两个研究是可以很好的彼此补充的，同时也显示了长脚趾可以提供更多的推进力，但是伴随而来的代价是更为沉重的肌肉负担。”Rolian在写给我们的电子邮件中称，“因此，可能存在一个理想的合适长度的脚趾有既减少肌肉负担又可以保证推进力”。
当然，如果没有长时间的研究运动员，那么也不可能知道是否是因为精英的短跑运动员是天生有短脚跟和长脚趾，或者这些实用的特征是否长久地冲刺而形成。
“通常我们认为我们骨骼的形状是那种不会随着时间而改变的东西。”Piazza说。从另一方面来说，他指出，可能有许多由疾病或运动逐步实现的骨骼和肌腱如何完美得协调在一起。这也为通过紧密的训练来改变运动员的脚的形状的尝试提供了可能性。
“我非常愿意跟随小孩或者做冲刺运动的运动员去做一项的长时间跨度研究。”Piazza说，“然后在这个过程中，我可以看到是否骨骼和肌腱连接的方式发生了改变。”
