袋鼠整天一跳一跳的不傷膝蓋嗎?

如題,袋鼠的膝蓋和人類有多大不同呢?還是說功能類似,壽命比人類短因此傷膝蓋後果沒機會體現出來?謝謝!


袋鼠跳躍的運動方式是為了適應了沙漠的生存環境。因為對於袋鼠來說,跳躍是比行走而言速度更快,更節能高效的運動模式,有利於他們在乾旱條件下找到水源和食物。
袋鼠身體的很多結構是為了跳躍而高度特化的。

他們的腳趾是不對稱的,一趾非常的小几乎看不到,二趾三趾合併在一起,四趾是最大的腳趾,和腿骨在一條直線上,在跳躍中起到跳板的作用,第五趾支持第四趾的並且給跳躍提供更多的推力。

和人類腿部的骨骼相比,袋鼠的腿骨長而結實,給肌肉和肌腱提供附著。袋鼠的腿與其他哺乳動物類似,主要區別是骨骼的相對長度:股骨短而粗,脛骨和腓骨很長。就像你用彈簧的時候,當你把彈簧壓到儘可能多的時候,一旦放鬆會造成很大力量的反彈。當袋鼠腳落地的時候,他們的肌腱也會大幅度壓縮為彈跳提供衝力。袋鼠在平地上跳躍的效率是極高的(丘陵就差很多),但是為了避免對肌腱的高壓力(肌腱內的線粒體和血管也進行了特化就不展開說了),他們也很少全速衝刺。
袋鼠的膝關節也特化了厚厚的海綿狀軟骨,作為減少磨損的減震器有效的保護了袋鼠的膝蓋。為了承受跳躍的衝擊,袋鼠的踝關節是不能轉動的,這也是為什麼大家都沒有見過袋鼠倒著跳。
袋鼠的尾巴在袋鼠跳躍中起到了平衡的作用,袋鼠跳起在半空的時候,尾巴會向腳的位置向前移動,快落地時尾巴又會後擺回到原來位置。大家都會盪鞦韆嗎?袋鼠的尾巴大概就像你在盪鞦韆的時候一收腿一伸腿把鞦韆盪起來的作用一樣。

袋鼠是陸地動物中跑步最節能的物種之一。當速度加快時,他們增大跑步的步伐,而不是頻率。隨著步伐增大,肌腱和肌肉耗費的能量越多。他們心臟也是同樣大小哺乳動物的兩倍大小,保證了呼吸心痛的高效運作,著陸和跳躍使腹部肌肉自然的收縮和擴張,使空氣進出肺部也不會消耗額外的能量。
低速運動時,人家也是會走的。而且人家還有獨特的行走方式叫pentapedal,不知道怎麼翻譯,基本就是五隻腳(penta)的意思。尾巴擔任了走路中第五肢的作用,我就不詳細寫了。
其實袋鼠也有不會跳的,科學家們通過化石發現了大約十萬年前有一種巨型袋鼠,是現在袋鼠的三倍大,他們並沒有那些特化的結構(注意看他的腿)所以是以走路為主要運動方式,因為運動緩慢所以被人類捕獵者大量捕殺導致了他們在大約三萬年前就滅絕了。

看起來超級萌呢。就像題主問的問題一樣。


  • 袋鼠的腳、腳趾結構發達,可以緩衝和吸收能量,並再次利用。
  • 再次利用的原理是:小腿有一根特殊的彈性肌腱,起到儲能的作用,可以輔助肌肉的收縮。
  • 有人利用這個原理髮明了彈簧鞋(跳跳鞋)

看圖說話


陸生哺乳動物的行進方式一般分為 趾行,跖行(掌行) 蹄行 趾行是以全 趾踏地行走,跖行是以全掌踏地行走,蹄行是以硬化的指甲(趾尖)點地行走。


人類在步行時是跖行,在奔跑時是趾行,袋鼠是為數不多的雙足趾行動物,


但人類沒有一條巨大的配重尾來平衡重心,所以在需要站穩的時候 必須全掌著地,這樣落地緩衝的關節就從踝變成了膝,所以膝蓋容易受傷,


那為什麼趾行的袋鼠 踝不容易傷到呢,因為動物的跳,本質上都是向前跳,而踝 關節屈的方向正好起到應對緩衝作用,膝關節屈的方向相反。


更新
謝邀 @鍾文@ALEX 很有趣的問題!首先,袋鼠既然選擇了跳躍這種方式,那麼肯定是有利於它的的生存的,若長期的跳躍對膝蓋造成很大的磨損,必然會選擇其他的運動方式。

之前就有過對袋鼠的運動耗能進行過測試。

訓練一隻袋鼠在跑步機上測試耗氧率和血乳酸水平,在風洞下向前運動的同時進行風阻測試。
在約2m/s時,和其他四足運動動物的耗氧率並無太大差異,呈線性上升的趨勢。在2m/s~9.4m/s和3.9m/s~7.9m/s的速率樣本中,血乳酸含量低於(0.83 +/- 0.13 mmol.min-1.kg-1)並且沒有隨速度的加快而增加。雖然克服速度加快帶來的阻力不斷加大,但能量消耗只約增加了10%左右。因此袋鼠在跳躍過程中的能量消耗是高效的,只相當於等同質量四足運動動物的1/3。而正是這種獨特的運動方式才使袋鼠能夠在澳大利亞生存下去。

本來答案到這裡就差不多了,但是後面發現以前就有人用D-H表示法對袋鼠的跳躍進行了分析。《仿袋鼠跳躍機器人正運動學分析》馬利娥,葛文傑,黃則兵

袋鼠的一個跳躍周期由著地階段和騰空階段兩部分組成,著地階段為袋鼠趾觸地到蹬離地面的過程,騰空階段為趾離地到著地的過程。運動學模型按兩個階段分別建立,如圖2,圖3所示。

著地階段正運動學分析

著地階段假想趾以旋轉副繞地轉動,因此選趾的坐標系與參考坐標系重合,研究軀體中心和臀關節的運動規律。各坐標系中z軸的方向垂直紙面向里,x軸的方向沿著各連桿的方向。

騰空階段正運動學分析

騰空階段肢體完全脫離地面,各關節坐標系均為動坐標系,考慮到軀體的質量與腿的質量比為2.9,且就機構模型而言,腿部的變化較多,軀幹的運動簡單,而軀幹中臀部的變化相對較少,因此騰空階段選臀關節的坐標系與參考坐標系重合,主要研究腳趾的變化規律。

計算結果及討論

將袋鼠在平原上以18~28km/h跳躍的錄像以30幀/s導出為圖片,分析袋鼠一個跳躍周期的圖片,在每個圖片中測出各Hi,令l1=10cm,l2=23cm,l3=40cm,l4=20cm,l5=27cm代入上述推導出的正運動學計算公式,利用Matlab編程計算出仿袋鼠機器人質心和趾的位置坐標(圖4,6中離散點),並進行曲線擬合,如圖4,6所示。

質心與趾的位置變化均與從錄像資料觀察到的實際軌跡相一致,因此證明了正運動學分析的方法和所推導的公式是正確的。

觀察袋鼠跳躍運動知,蹬離地面時肢體向後伸展得最開,袋鼠在著地時肢體向前伸展得最開。圖4的擬合曲線表明在仿袋鼠跳躍機器人著地的過程中軀體中心在垂直分向的變化不大。比較圖5和圖6知,著地階段袋鼠臀關節相對腳趾的水平方向和垂直方向位移與騰空階段趾相對於臀關節的位移是大致相同的,亦即袋鼠在運動過程中的兩個階段實現了同等程度的腿部伸屈,肢體的伸屈使袋鼠較好地實現了能量的轉換。這樣保證袋鼠跳躍能量的釋放和儲存能夠得以連續的進行,使得跳躍輕鬆而持久。


原理:

1.袋鼠的肌腱儲存能量的結果。

2具有一雙儲能的柔性大腳,對於緩解著陸時與地面的衝擊與振動,提高跳躍運動的穩定性,以及解除與地面的約束,增大躍遠度都有重要的作用。

因而袋鼠的運動結構和運動姿態都極具合理性,節能技術也十分先進。這是其他四足運動動物無法比擬的。

更新


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為什麼能量損耗小和膝蓋磨損有關係呢??


能量損耗小=》運動的姿勢科學=》膝蓋受力小=》磨損小


人在跑步過程中的運動姿勢不科學是導致膝蓋磨損的主要原因

詳情可以看答案長期跑步如何保護膝蓋? - 健身


題主可以送護膝給它呀~


袋鼠的腿結構特殊,所以不會傷及膝蓋。


「人類整天直著走不累嗎?」袋鼠如是思考。


題主知不知道你的問題上廣告啦!在地鐵里看到,特地來搜的……


我能說題主好萌,也太關愛動物了


被這問題萌到了。。


4呀,每天學高數腦子一抽一抽得還傷神呀


作為一個生物進化論的受教者,我認為袋鼠的膝蓋一定是適應不斷彈跳的環境的「doge」


可愛哦你


剛剛看了一個答案,其實你看到的像前彎的其實是腳踝,阿哈哈哈。大概就是這麼回事。原問題好像叫狗的膝蓋為什麼向前彎曲?http://www.zhihu.com/question/40066987原文鏈接如下


好有趣的問題,表示你有科研潛力。可以從小到大給它拍拍片,做做磁共振觀察一下。肯定有退變。只要有運動而且負重,對膝關節軟骨肯定都有磨損。


我就不敢整天都跳,尤其膝蓋才癒合一年而已,羨慕


物競天擇 適者生存.....


這題目簡直是不按套路出牌啊


人類整天一步一步的不傷膝蓋嗎?


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