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直立二足歩行(ちょくりつにそくほこう)とは、脚と脊椎を垂直に立てて行う二足歩行のことである。現存する生物のうち、直立二足歩行が可能な生物は、ヒトだけである。

◆ ヒトの歩き方

外見上直立二足歩行を行っているように見える動物にペンギンがあるが、これは体の厚みのためそう見えるだけで、実際にはペンギンの大腿骨は脊椎に対してほぼ直角であり、下腿骨のみが垂直(従って、常に膝を曲げた状態)となっているため、実際には直立二足歩行ではない。その他、常時二足歩行を行う動物に鳥類やカンガルー、一時的な二足歩行を行う動物に犬や熊、猿(特に類人猿)などがあるが、いずれも骨盤と大腿骨の構造上、大腿骨を脊椎に対して垂直に立てることはできず(無理にやれば脱臼する)、「直立」二足歩行とは言えない。

ヒトの場合は胴体の真下に下肢が付き、股関節が体の中心軸に近く、左右の揺動が少なく済むような構造になっている。胴体が垂直に立っているため、胴体の重心位置は股関節よりかなり上に位置することになり、偏心モーメントを発生することになる。ヒトの場合、胴体の重心位置はみぞおちのやや上、全身の重心位置はへそのやや下になる。そのためヒトが歩行を始めると、その反動が胴体にモーメント力(回転力)として伝わることになる。このモーメント力を床面まで伝えて打ち消す必要があるので、太い脚と大きな足裏、それを動かすための余分なエネルギーが必要となる。自然界で直立二足歩行があまり見られないのはエネルギー効率が悪いためであると考えられている。

二足歩行には幾つか種類があり、その違いを歩様(歩容と書く場合もある)。

二足歩行の歩様にはウォーク(常足、なみあし)、トロット(速歩、はやあし)、ギャロップなどがある。単に歩行と言った場合はトロットのことと考えて差し支えない。

トロットとは交互に軸足が切り替わり、常にどちらかの足が地面に付いている、跳躍期の無い歩き方のことを言う。軸足は瞬間的に入れ替わり、両方に体重がかかっている期間は無いか無視できるほど短いものとされる。トロット歩行の場合、歩行という一見複雑な運動を、軸足の接地点を回転中心とした回転運動として捉えることができる。

歩行が回転運動だとすると遠心力が発生するはずである。このときの遠心力$F$は下の式で表される。$v$は重心の移動速度(=歩行速度)、$r$は重心位置の高さ、$m$は質量である。

:$F\; =\; \backslash frac$

Fをmgと置き換えると、次の式が導かれる。$g$は重力定数である。

:$v\; =\; \backslash sqrt$

これは歩行の限界速度を表す式で、これより速い速度で歩行すると遠心力により自然に脚が床面から離れ、走行に移行することを意味している。人間の重心位置の高さを1.2mとすると歩行の限界速度は12.3km/hとなる。

競歩の世界記録は13.6km/h (50Km)。腰の捻りや足裏のストロークなどが加わるため理論上の数値よりは大きくなる。短距離では16km/hほどまで速度があがるが、これは腰を落として回転運動にならないように強引に体を水平に動かしているためで、疲労の度合いが激しい。

トロット歩行の場合、水平方向の運動量は理論的には次のステップへ100%伝達される。上下方向の運動量は床面との衝突により失われてしまうが、ヒトの場合、重心の位置エネルギーをアキレス腱が保存し、軸足交換時に体を蹴り上げて次のステップに伝えていると考えられている。

両方に体重のかかる期間のある歩様をウォークと言うが、両足が地面についていると重心の速度ベクトルの向きが一方向に拘束されてしまう。そのため、ステップごとに上下方向の運動量に加えて左右方向の運動量も失われる(重心の軌跡がジグザグになる)ので、エネルギーコストが著しく悪化する。それゆえ、あまり行われていない歩行と考えられている。

◆ヒトの歩行の発生と発展

ヒトと、その祖先であるサル(類人猿)は、生物学的には直立二足歩行ができるか否かによって区別される。たとえば、400万年前に登場した最古の人類アウストラロピテクスは、脳容量がチンパンジーとほとんど変わないため、知能的にはチンパンジーと大同小異だったと推定されているが、骨格化石や足跡化石から直立二足歩行が行なわれていた事が明らかなことから、ヒトの一員に分類されている。160万年前の原人段階では、下肢の骨格が現生人類と殆ど変わらず、直立二足歩行が完成の域に達していた事が伺える。

2007年6月1日付け『Science』によれば、人類の二足歩行は、樹上から地上に下りてからではなく、樹上生活のサルで起こっていた可能性がある、という。樹上生活をしているオランウータンが細枝の上では手を補助的に使いつつもしばしば二足歩行していたという観察結果から結論づけたもの。

◆ 2足歩行の欠点

他の動物の4足歩行と比較すると、ヒトの2足歩行には難点がある。

・重力の関係上、痔や腰痛になりやすい。ヒト以外の動物はこれらの病気になることは極めて稀である。

・ほとんどの姿勢で頭部が安定している為、首が細く弱い。

・喉、心臓、内臓、睾丸等の急所が多い胴部前面を常に晒してしまう。

◆関連リンク

・バイオメカニクス

・二足歩行ロボット

◆参考文献

・「生物と運動」 R.マクニール.アレクサンダー 1992 日経サイエンス社 ISBN 4-532-52017-7

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