绝大多数人都能行走，但是在离我家大约1.6千米的斯波尔丁康复医院里，每天都会有一些患者努力训练自己的身体重新掌握行走能力。这家康复医院是一个有良好采光效果的巨大房间，与其说是一家医院，还不如说是一个体育馆，里面有大量的步道、跑步机和力量训练仪等设备。我上一次去那里的时候，里面大约有10名患者，每个人都在一名理疗师的陪同下进行练习。这些人有的患有神经组织退化性疾病，有的则是因为中风或者遭遇了各种事故。其中有一位大约30岁的女士，在一场交通事故中损伤了脊椎，我们就称她为玛丽吧，她非常友善，同意我观摩她的理疗课程。
玛丽的专注深深打动了我。她抓住步道两边的扶手，从轮椅里站起身来，然后便全神贯注地完成一项最简单的挑战，她克服着体重的压力，将一条腿放到另一条腿的前面。她的左腿有伤，而右腿则完全不听使唤。每走出一步，她都要有意识地命令自己不听话的肌肉做出那些曾经是本能的基本动作，先活动臀部，然后弯曲膝盖，然后伸直膝盖……一名理疗师站在她旁边，鼓励她迈出每一步并给出建议。玛丽的步态逐步改善，她也慢慢有了信心。理疗师开始设置一些难度渐增的挑战，比如设置七八厘米高的小障碍，帮助她重新学习基本的移动方法。在这节课的其他时间，玛丽还与理疗师尝试了一系列锻炼项目，以加强某些部位的肌肉的力量，并且重新获得对这些肌肉的控制力，他们还评估了玛丽需要在家里进行的锻炼内容。理疗师带着鼓励的口吻说：“你时刻都在进步。”但是他们二人都知道，即使玛丽未来有可能自主行走，但在那一天到来之前她还要付出很多努力。
除非你的身体状况与玛丽一样，否则你大概不会去思考走路时的每一个动作，因为你从差不多一岁的时候就开始蹒跚学步了。7你之所以能够毫不费力地走路，是因为人类神奇的神经系统的一大壮举，这一系统强有力地控制着数十块与走路相关的肌肉，可以让你在各种各样的路况甚至石头密布的山路或者结冰的人行道等危险条件下正常行走。很可惜，人们只有在遭遇事故或者中风之后，才能意识到自己早已习以为常的移动能力和反应能力有多么复杂，这些能力主要是为了确保两件事：有效率地移动，以及避免摔倒。
在行走时有效率地移动自己的身体，对于人类而言并没有什么特别的。无论是用两条腿行走还是用四条腿行走，腿部最重要的作用相当于钟摆（见图8-1）。要了解这个过程，你最好在房间里走几步，然后留意一下自己的右腿是如何运动的。你会发现，当右脚离开地面后，右腿会像你祖父的钟表上的钟摆一样向前摆动，而摆动的中心位置是臀部。行进中的这一摆动状态主要靠你的臀部肌肉驱动。当你的右脚接触地面时，右腿的钟摆运动发生逆转。这一瞬间，右腿变成了反向钟摆，摆动的中心位置变成了脚踝。实际上，在行进过程中右脚踩地、左脚即将离地的“站立状态”发生时，你的右腿成了身体的支柱。
图8-1 步行的动力学
注：腿着地的时候，就像一个倒置的钟摆一样运动，在“站立状态”的前半段存储势能，在“站立状态”的后半段，势能部分转化为动能。
在这个“站立状态”中右腿的支柱作用，对于理解步行时如何消耗能量，有着重要的意义。在“站立状态”的前半段，肌肉将你的身体重量提起放在右腿上，这时你的重心提高了大约5厘米。这个提升的动作消耗了能量，但是也使你获得了势能，就像你举起手中这本书时赋予了它势能一样。然后在“站立状态”的后半段，你的身体通过向下和向前的动作将势能转化为动能，就像如果你准备把这本书扔出去时那样。最终，你的摆动腿接触地面，身体的下落过程结束，新的循环开始。所以，步行就是一步一步先消耗能量将身体重心提高，然后再使身体下落并向前的过程，而这一过程的另一部分能量则消耗在摆臂和摆腿的动作上。8在正常步行的整个过程中，至少会有一只脚接触地面，所以驱动你向前的主要动力学原理，就是你的身体让你的腿像钟摆一样将势能转化为动能。狗和黑猩猩等四足动物在行走时，它们的四条腿的运动情况也是如此。9
保证双腿钟摆运动的连贯性、协调性以及为钟摆运动供能，对于行走而言固然重要，但是就如玛丽和其他失去行走能力的人所表现出来的那样，他们步行时遇到的最大考验是如何避免摔倒。四足动物在行走时至少会确保有两条腿着地，而靠两足行走的人类在大多数情况下只有一条腿着地。行走的时候，我们的身体总有向两侧摔倒的趋势。因为我们拥有直立的躯干，所以不稳定的上身经常会前后左右晃动。而且两条腿着地使得人类在受到干扰时很容易跌倒。你什么时候见到过狗或者猫在行走的时候被绊倒过？如果你想深入了解双足行走的不稳定性，尤其是在不平整或者湿滑表面行走时的不稳定性，就去看看四足动物试图用后腿行走的样子。即使是黑猩猩和大猩猩这些经常直立行走的动物，也会表现出摇摇晃晃的笨拙样子。它们的臀部和膝盖时刻保持弯曲，就像格劳乔·马克斯（Groucho Marx）(38)那样，它们的手臂用力晃动着，整个躯干夸张地与臀部以同样的节奏转动，看上去就像喝醉了一样。10
幸好，自然选择馈赠给人类很多巧妙的特征以确保我们在双腿行走时不至于摔倒。这些特征是适应的表现，其中一个最重要的适应是我们骨盆的独特形状（见图8-2）。类人猿和狗那样的四足动物拥有高且平、指向后方的骨盆，而人类的碗状骨盆短且宽，指向侧面。人类骨盆的曲度变化重置了肌肉的位置，将四足动物原本位于臀部后方的肌肉移至臀部的两侧。由于这一侧向的调整，行走的人类在单腿着地时，这些肌肉便会收缩以保证骨盆和上身的稳定，而不会倒向摆动腿的一侧。你可以做一个简单的实验来测试这个功能，这个功能也叫作髋关节外展：单腿站立，保持臀部水平，时间越久越好。大约30秒之后你就会感到臀部侧面肌肉的灼热感，这说明为了保证你不摔倒，这些肌肉已经开始疲劳了。
图8-2 人类适应高效率双腿行走的众多特征与黑猩猩的对比
资料来源：改编自Bramble, D. M., and Lieberman, D. E. (2004), Endurance running and the evolution of Homo, Nature 432: 345–52。
帮助人类直立行走的另外一个明显且重要的适应，是我们那格外长而且有曲度的腰部。黑猩猩的腰僵硬而且短，它们通常只有3节腰椎，而人类的5节腰椎形成了一个向后的曲线。这一曲度将人类的上身置于臀部之上，否则的话躯干就会向前倒，而且如果没有这个曲度，就需要我们靠臀部和背部的肌肉发力，才能保持身体直立。
人类还获得了许多适合其他直立行走的适应，包括增大的脚跟骨、足弓、指向前方的大脚趾、稳定性更强的脚踝、长长的双腿、被加固的膝盖、向内倾的大腿、增大的臀部关节、指向下方的枕骨大孔(39)。我和我的同事经常以赤足行走的方式体验这些适应，人类在进化过程中长出了厚厚的足茧以保护脚部，起到了鞋的功能，但是与鞋不同的是，足茧不会阻止脚部向大脑回传与地面接触的感觉。几乎没有人在行走的时候思考人类的这些特征，但是这些特征在“后台”安静而高效地处理着一切。11只有当受伤或者生病导致这些特殊的功能受阻时，我们才会意识到它们的重要性。即使只是碰伤了小脚趾，也会让你觉得最简单的步行变成了难以忍受的折磨。既然我们进化出了这么多的适应只是为了在双足直立晃晃悠悠地艰难行走时保持稳定，那么一个有趣而古老的问题来了，为什么我们要放弃更稳定的四足行走而选择两足行走呢？
