人类靠两腿走路，为什么没能进化成像自行车轮子一样滚动走路？【月诚故事】

November 15, 2021

标题： 《人类靠两腿走路，为什么没能进化成像自行车轮子一样滚动走路？【月诚故事】》

今早知乎热榜上，当前的榜首话题是由央视新闻联合知乎发起的「建党百年」主题问答《你知道哪些过去 100 年里「说到做到」的故事？ - 知乎》，目前已经积累了近 0.5k 个回答。有意思的是，当前排名第二的话题《45 岁程序员发帖，称「精通各种技术体系，连个面试机会都没有」，如何看待职场「 35 岁现象」？ - 知乎》却是一则关于职场「35 岁现象」的负面讨论，评论区当前排名第一的答主“飞跃本屯”回答说，“……。而这种不友好才是生育率下跌的最主要原因，这个问题不解决，现在搞得什么双减生育假，都只能起到反作用。……。对多数人来说，并不是非要大富大贵才能生孩子，而是当未来收入预期底限也能保证全家吃喝的情况下就会考虑要孩子，不然自己一个人饿不死，孩子交不起学费了怎么办？可对于很多职业岗位来说，自己年纪大了后的收入预期底限是0，这怎么敢去生育?”网友“越南温和派穆斯林”评论说，“那个是吃皇粮的，指望他给庶民说话”。网友“守夜人”评论说，“CPI 和 PPI 数据说明，民营实体企业没有利润，开不起高薪。产品涨价的话，居民又没有钱。循环，越来越差。”……

两个话题一正一反，如同隔空打响的又一场舆论攻防战。其中第二个话题的回答数稍多一些，目前暂时略占上风。

不过以上都不是重点，重点是看见榜首话题中的关键词“过去 100 年里”的时候，脑海里突然想到的却是“过去 100 年里最伟大的发明是什么？”

顺着这个思路在知乎上搜索，很快就找到了一则话题《人类历史上最伟大的三个发明是什么？ - 知乎》。评论区答主们的回答各不相同，大概归总一下，都有这些发明：

文字、印刷术、互联网
干草、阿拉伯数字、避孕药
互联网、卫生巾、避孕套
蒸汽机、电气、计算机
我是谁(文字的发明)、我来自哪(计生/延死用品)、我该向哪去(车轮)
古希腊发明的数学、牛顿力学、进化论
抽水马桶
纸张、宗教、卫生巾
抗生素、计算机、安全套
电、互联网、足球
印刷术、互联网、避孕套
文字、核弹、互联网
印刷机、望远镜、微积分
车轮、博弈论、语言
车轮、文字、互联网
车轮、电力、铁丝网
文字、电、马桶
……

在众多的回答中，有些发明很好理解。譬如“阿拉伯数字、文字、印刷术、互联网”等等都属于“媒介”一类，大幅提高了人类社会信息传播的速度与密度。譬如“抽水马桶、卫生巾、避孕药”等等都属于“卫生健康”一类，尤其是以抽水马桶为代表的“厕所革命”，解决了中高层建筑的粪便问题，让人类远离了传染病的大规模流行。

但也有一些发明不是特别容易理解，譬如有不少答主在回答中都提到的“车轮”。为什么“车轮”会被一些答主认为是最伟大的发明呢？很快这个问题也有了答案。有知乎用户回答说，“本来纠结于是写上火还是车轮，这 在文明通史里对他们的比较都很高 ，不过想想似乎文明传播车轮的重要性应该比不上火；所以排序是 1、取火。……”

不过有人认为“火”是自然界本来就存在的，算不上是人类的发明。根据知乎话题《人类历史上最伟大的发明是什么？ - 张立鹤的回答 - 知乎》答主回答，“发明，是人类制造出来的，不是自然界现有的，所以火不应进入。如果从人类生存的意义出发，我选车轮；如果从人类生活的意义出发，我选电力；如果从人类文明的角度出发，我选互联网。”

这里就有一个疑问，“车轮”的发明在文明通史里评价很高，为什么人类一直靠两条腿走路，却没能进化成像自行车轮子一样呢？

试想一下，上下班赶地铁，骑上共享单车去地铁站是多么地方便。如果人类进化出了自行车轮子，岂不是可以方便许多？而且不管是以人力为动力的自行车的出现，以汽油或者电力为动力的汽车、摩托车、电动自行车的出现，还是以蒸汽机、内燃机、电力机或电力接触网为动力的火车、地铁和高铁的出现，都是靠的车轮。

相比之下，无论是两条腿走路的人类，还是四条腿跑路的动物，都没能进化出自行车轮子一样的结构，这是为什么呢？

幸运的是，知乎上早已有人提出了类似的问题，并且获得了非常专业的回答。根据知乎话题《为什么地球生物没有进化出轮子这类或履带结构？ - 知乎用户的回答 - 知乎》多特蒙德工业大学电气工程与信息技术硕士答主回答，“自然选择连眼睛这么复杂的结构都能进化出来，怎么可能漏掉轮子？你知道自然选择创造出了很多效率高的出奇的运动结构，比如奔跑速度能达到 112km/h 的猎豹，游泳速度能达到 112km/h 的旗鱼。但是它并没有选择轮子，难道是。。。你可能已经猜到了一个可能，但你会怀疑：也许轮子的效率并没有你所想的那么高？事实上，自然选择也进化出了轮子，比如这种螳螂虾，有时会把自己卷起来移动。你想，好吧，自然界中还是有轮子的。不过要是把自己卷起来在大街上滚，看起来也太蠢了，而且应该也滚不快吧。。。为什么自行车却很省力呢，到底出了什么问题？其实你前面猜的感觉已经有点对了，轮子的效率可能高，可能不高。……。我想让你继续思考的是，腿和轮子有哪些共同点，有哪些相似之处？这两者看起来区别挺大的是不是？当你走路的时候，你会先抬起一条腿，伸到前面，放下，以此为支点，重心向前移动，抬起后一条腿，跨到前面，如此反复交替。而轮子滚动时只是一直压着地面往前滚。但我们可以这么来看，你拿一个车轮，把轮框去掉，只留下辐条，像这样。但愿这些辐条足够结实。如果你骑着有这样轮子的自行车，那应该不会太舒服。不过。。。阿迪达斯还真有这样的自行车。有机会不妨试试。所以，你可以把轮子想象成这种有很多条腿的设计。如果你加上更多的辐条，越来越密，最后你就会得到一个正常的实心轮子，也就不颠了。不过，我们真的不用装这么多条腿。你可能已经注意到了，对于这种没有轮框的轮子，最多也同时只有两条腿着地。如果能设计一种机构，当后一条腿离地后，迅速把它转到前面，那么两条腿就足够代替这很多条腿了。……”

这篇回答很长，解释的也很详细。

首先，自然界中进化出了“车轮”动物，譬如螳螂虾就可以把自己卷起来移动。然而，螳螂虾的滚动速度并不快。反倒是两条腿走路更像是自行车车轮子里面的真正着地支撑的辐条。走路时，两条腿轮流着地支撑，相当于一个没有车轮圈、没有多余车轮辐条(腿脚)的“高效车轮”。

如果人类进化出足够密集的辐条(腿脚)，再进化出一个车轮圈，就会变成一个自行车车轮。然而这时候的车轮更像是一个胎压不足的车轮。根据这位答主的回答，“车胎不断被挤压又弹回去，却有很多能量在这一过程中被浪费掉了。……。那么我们现在保持自然的方式走路，是不是就是最高效的呢？差不多是，不过这取决于你的前进速度。走路的时候，支撑你身体的腿几乎不会弯曲。你宁可自己的身体上下颠，因为这样更节省能量。不过，你需要不断把后面的腿换到前面。这是必要的能量消耗。但是当你越走越快，继续用这种方式前进就吃不消了。因为你需要用更高的频率切换双腿，更大范围的加减速，更多的能量消耗。这时，你可能会自然切换到慢跑。你的前进方式已经改变了。支撑你身体的腿开始像弹簧一样工作，落地时压缩，然后发力释放，使得你每一步可以跳出更远。这反而减少了你切换腿的频率，减少了能量消耗。这么看来，自然选择让我们用腿移动也是一种优化的设计，是针对一定的移动速度进行优化。不过，不一定是针对唯一的速度区间。我们人是跖行动物，这意味着我们用整个脚掌着地走路。但当我们奔跑的时候，一般只用前脚掌，更接近趾行动物。这时，步态已经改变了。我们腿的设计针对两种速度区间进行了优化，而有的动物则更多。比如马，有三种步态。马也会选择对于当前速度最高效的一种。你可能想问，用腿移动真的很高效吗，甚至比轮子更高效？是的，去跑一场马拉松会消耗你大约 3000 大卡的热量。如果你计算一下移动单位质量单位距离所需要的能量，那么你比大多数交通工具都要高效。事实上，人类制造了许多先进的交通工具，用了设计优秀的轮子，高精度加工的轴承。这些交通工具在空载的情况下几乎都不如动物高效。只有当负载增加时，才可能有一些优势。……”

不得不说，从专业的回答中确实能够学到很多东西。

简而言之，人类两条腿走路已经是自然进化过程中的优化结果，去跑一场马拉松只会消耗大约 3000 大卡的热量，非常的高效。同时人类很早就驯服了更加擅长跑步的骏马作为交通工具，吃一点干草就能移动更远的距离。反观由人力所驱动的自行车。早期的自行车虽然使用了车轮，但是由于能量消耗巨大，实际骑行速度并不快。再加上世间本没有路，即使有了车轮，也还得有与之配套的平铺路面才行。

因此，人类靠两腿走路才是自然进化的结果。作为对比，以台式计算机为代表的“硅基机器”已经进化到了 10 纳米级别先进工艺水平，依然需要几百瓦的功率消耗支撑；而以人类为代表的“碳基生物”，只需要消耗大约 3000 大卡的热量，就能完成一场马拉松跑步。从效率的角度来看，人类靠两腿走路显然已经是一种高效移动的自然进化结果。

微博头条文章作者：<strong>【月诚故事】</strong>

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