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- 우리는 걸을 때 발뒤꿈치를 먼저 땅에 딛고 발을 앞으로 굴리듯이 움직인다
- 발뒤꿈치로 착지할 때의 충격력이 발 앞꿈치로 착지할 때보다 훨씬 강하다
- 두 발로 걷는 침팬지의 경우, 발뒤꿈치로 착지할 때의 충격력은 최대 138% 더 세다.
- "인간이 발뒤꿈치보다 발 앞꿈치로 지면에 닿을 때 대사 에너지를 26~41% 더 소비하는 것으로 나타났다"

우리의 걸음걸이가 효율적인 이유는 무엇일까? 

▲ 인간과 침팬지의 착지 방식 비교: 인간은 발뒤꿈치에서 발가락으로 구르듯이 앞으로 나아가는 반면, 침팬지는 종종 발 앞꿈치로 먼저 착지한다. — © Nicholas Holowka/ Pennsylvania State University; Dianne Younkin (artist)

우리는 걸을 때 발뒤꿈치를 먼저 땅에 딛고 발을 앞으로 굴리듯이 움직인다. 이러한 전형적인 인간의 걸음걸이는 초기 진화 과정에서 중요한 역할을 했을 가능성이 있다. 가장 가까운 친척인 침팬지와의 걸음걸이 분석 결과, 발바닥 중간 부분이 아닌 발뒤꿈치부터 착지하는 침팬지는 에너지를 덜 소모하고 더 먼 거리를 이동할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 동시에 뼈와 관절에 가해지는 충격은 더 커진다.

직립 보행은 인간을 가장 가까운 동물 친척들과 구별 짓는 특징이다. 유인원도 직립 보행을 할 수 있지만, 두 발로 이동할 수 있는 거리는 짧다. 반면 인간은 매일 수천 걸음을 걷는데, 이때 발뒤꿈치를 먼저 땅에 딛고 발을 앞으로 굴리는 특유의 걸음걸이 패턴을 보인다. 그러나 이러한 발뒤꿈치 우선 걸음걸이가 진화 과정에서 어떻게 발달했는지, 그리고 다른 걸음걸이 유형에 비해 어떤 장점과 단점이 있는지는 지금까지 명확하게 밝혀지지 않았다.
인간과 침팬지의 보행 비교

"사람들은 인간의 보행을 특별하게 만드는 요소를 생각할 때, 곧은 자세, 즉 허리를 펴고 다리를 쭉 뻗는 것을 떠올린다"고 펜실베이니아 주립대학교의 니콜라스 홀로카(Nicholas Holowka) 교수는 말했다. "하지만 발뒤꿈치 착지 또한 인간 보행의 독특한 특징 중 하나이며, 그동안 간과됐을지도 모른다.”

홀로카 교수 연구팀은 인간과 가장 가까운 친척인 침팬지의 보행을 비교했다. 연구팀은 고속 카메라를 이용해 사람과 침팬지가 보행로 위를 걷는 모습을 촬영했다. 발과 관절에 부착된 반사 마커를 통해 발의 위치를 ​​정확하게 추적할 수 있었다. 또한 보행로에는 착지 시 충격력을 기록하는 압력 센서가 설치되어 있었다.

더 큰 충격력

실험 결과는 인간과 침팬지 사이에 뚜렷한 차이를 보여주었다. 모든 인간 실험 참가자는 자연스러운 보행 시 발뒤꿈치부터 착지했다. 반면 침팬지들은 다양한 보행 방식을 보였다. 때로는 네 발로 걷기도 했고, 보통은 발 앞꿈치나 발 옆면으로 먼저 착지했지만, 가끔은 발뒤꿈치로 착지하기도 했다. 발뒤꿈치 착지는 두 발로 걸을 때보다 네 발로 걸을 때 더 자주 사용되었다.

힘 측정 결과, 발뒤꿈치로 착지할 때의 충격력이 발 앞꿈치로 착지할 때보다 훨씬 강한 것으로 나타났다. 두 발로 걷는 침팬지의 경우, 발뒤꿈치로 착지할 때의 충격력은 발 앞꿈치로 착지할 때보다 최대 138% 더 높았다. 우리는 일상생활에서도 이러한 현상을 관찰할 수 있다.

▲ 우리는 걸을 때 보통 발뒤꿈치를 먼저 땅에 딛는다.

뉴욕 공과대학의 공동 저자인 네이선 톰슨(Nathan Thompson)은 "삐걱거리는 나무 바닥을 기어가는 상황을 상상해 보세요. 바닥에 가해지는 스트레스를 줄이고 삐걱거리는 소리를 덜 내기 위해 발 앞꿈치로 걷게 되는 경향이 있다. 더 부드럽게 걷는 방법이죠"라고 말했다. 실제로, 인간 피험자들도 발뒤꿈치 대신 발 앞꿈치로 착지할 때 충격 하중이 감소했는데, 그 효과는 침팬지보다도 더 컸다.

에너지 소비는 더 적다.

이러한 조심스러운 보행 방식은 관절에 부담을 줄여주지만, 또 다른 중요한 단점이 있다. 연구진은 "인간이 발뒤꿈치보다 발 앞꿈치로 지면에 닿을 때 대사 에너지를 26~41% 더 소비하는 것으로 나타났다"고 보고했다. "이는 중요한 적응적 상충 관계를 시사한다. 발뒤꿈치 착지는 이족 보행의 에너지 소비를 줄여주지만, 잠재적으로 관절에 손상을 줄 수 있는 충격 빈도를 증가시킨다.“

▲ 우리 조상들은 이족 보행에 적응하기 위해 이전에는 잘 알려지지 않았던 또 다른 해부학적 변화를 발전시켰을 가능성이 높다

이에 대응해 우리 조상들은 이족 보행에 적응하기 위해 이전에는 잘 알려지지 않았던 또 다른 해부학적 변화를 발전시켰을 가능성이 높다. 바로 더 두꺼운 발뒤꿈치 뼈와 더 큰 무릎 및 발목 관절이다. 이는 초기 인류가 매일 먼 거리를 이동해야 했지만, 더 많은 식량을 얻을 수 있었던 새로운 수렵 채집 전략을 가능하게 했다.

"이번 연구 결과는 발뒤꿈치 착지가 인류의 이족보행에 있어 적응적 상충 관계를 수반했으며, 이는 우리 종의 해부학적 구조와 생태를 형성하는 데 영향을 미쳤음을 시사한다"고 연구진은 밝혔다.

출처: Nicholas Holowka (펜실베이니아 주립대학교, 미국) 외, 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences), doi: 10.1073/pnas.2533918123

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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