校庭を 走る ところを 思いうかべて ください。足が 地面に つく たびに、地面が 足を おし返す 力が はたらきます。大人の 男の人 12人が 歩いたり 走ったり した 実験じっけんでは、かたあしに かかる 力の いちばん 大きい ところが、歩くと 体重の やく 1〜1.5ばい、走ると 2〜2.9ばい でした。どちらも、速く なるほど 大きく なりました［1］。

体重が 30キロなら、走る ときの いちばん 大きい 力は、60〜87キロの 重さに あたる 計算です。それを 1歩ごとに、足 1つで うけとめて います。

足の うらには、アーチと よばれる もりあがりが あります。足の 内がわの たての もりあがり、外がわの たての もりあがり、はばの むきの よこの もりあがり。ぜんぶで 3つです［2］。

この 3つは、骨ほねと、靭帯じんたいと、足底腱膜そくていけんまくという 帯おびで、くまれて います。足底腱膜そくていけんまくは、かかとの 骨ほねから 5本の 足の 指の 骨ほねまで のびる 帯おびです［2］。

アーチは、体重を ささえ、衝撃しょうげきを うけとめ、歩く ときは バネの ように はたらく、と 説明せつめいされて います［3］。3つの うち、いちばん 大きな はたらきを して いるのは、どれでしょう。

1歩ごとにかかる力

校庭を走る場面を思い浮かべてください。足が地面につくたびに、地面から足を押し返す力が働きます。大人の男性12人が歩いたり走ったりした実験では、片足にかかる垂直方向の力の最大値が、歩行で体重の約1.0〜1.5倍、走行で約2.0〜2.9倍でした。どちらも速さとともに大きくなります［1］。

この倍率は速さによって変わるもので、固定の値ではありません。仮に体重が30kgなら、走るときの最大値は60〜87kg分の重さにあたる計算です。それを1歩ごとに、足1つで受けとめています。

3つのアーチを組む部材

この力を受けとめる足の裏には、3つのアーチがあります。内側の縦アーチ、外側の縦アーチ、足の幅方向の横アーチです［2］。骨と靭帯、そして足底腱膜が組み合わさって、この形を保っています。足底腱膜は、かかとの骨から5本の足指の骨までのびる帯です［2］。

小学館の育児情報サイトは、3つのアーチが靭帯で結び合わされ、体重を支え、衝撃を吸収し、歩くときの推進にも役立つバネのような役割をすると説明しています［3］。

足は、骨と帯が組み合わさった、少したわむ骨組みで体重を受けています。では3つのうち、硬さをいちばん担っているのはどれでしょうか。

走ると片足に体重の何倍の力がかかるのか。Nilssonらの実験（12人の男性）では、地面から足にかかる垂直方向の力の最大値は、歩行で体重の約1.0〜1.5倍、走行で約2.0〜2.9倍と報告されている。速さとともに増えるので、固定の値ではなく範囲として読む必要がある［1］。体重30kgの人に当てはめれば、走行の最大値は60〜87kg分の重さにあたる計算だ。

この力を受ける足の構造は、内側縦アーチ、外側縦アーチ、横アーチの3つに分けられる。骨と靭帯、足底腱膜で保たれ、その力学は、トラス構造やウィンドラス機構といった枠組みで説明される。足底腱膜は踵骨から5本の足趾の基節骨までをつなぐ帯で、内側縦アーチをまたぐ動的なトラスの一部とみなされている［2］。一般向けの解説では、3つのアーチが靭帯で結ばれ、体重の支持、衝撃の吸収、歩行の推進を担うバネにたとえられる［3］。

ここまでは、教科書的な説明の範囲だ。足はあくまで、固まった橋ではなく、骨と帯が組み合わさって少したわむ骨組みとして体重を受けている。では、その硬さを実際に決めているのはどのアーチなのか。この問いの答えが、次の章の主題になる。

紙を 1まい、つくえの へりから はんぶん くらい 出して みましょう。平らな ままだと、先が 下に たれやすい はずです。つぎに、紙を はばの むきに 少し 丸めて、同じように 出して みます。先が のびて、おしても 曲がりにくく なります。紙幣しへいの 長い はしを 軽く 丸めて まん中を もちあげると、おす 力に 強く なる、と 紹介しょうかいする 記事も あります［5］。

うすい 板で 作った 模型もけいでも、同じ ことが 報告ほうこくされました。同じ あつさ、同じ 大きさの 板に、たて むきと よこ むきの 曲がりを つけて くらべると、よこ むきの 曲がりの ほうが、かたさを ふやしました［6］。

足の よこの アーチは、足の はばの むきに 曲がって います。だから、足が かかとから つま先の むきに ぐにゃっと 曲がるのを ふせぐ 手だすけを します。2020年の 研究では、その 前後の かたさの 4わり いじょうを、よこの アーチが ささえて いると 報告ほうこくされました［4］。

4わりは、体重の 4わりでは ありません。足の かたさの うち、よこの アーチが うけもつ 分です。ただし 模型もけいの 板は、足そのものでは ありません。では、この 数字は どうやって 出したのでしょう。

紙1枚で確かめられること

紙を1枚用意して、机のへりから半分ほど出してみましょう。平らなままだと、先は下にたれやすいはずです。次に、紙を幅の方向に少し丸めて、同じように出してみます。先が伸びて、押しても曲がりにくくなります。National Geographicの記事は、紙幣の長い辺を軽く丸めて真ん中を持ち上げる例で、曲がりが硬さを生むことを説明しています［5］。

足の横アーチは、同じ考え方で硬さを生む

足の横アーチは、足の幅の方向にカーブしています。紙を丸めたときと同じように、足が前後に折れ曲がるのを防ぐ働きをします。2020年にVenkadesanらがNature誌に発表した研究では、この横方向のアーチが、足の縦方向の硬さの40%を超える部分を担うと報告されました［4］。足の硬さは縦アーチだけでは説明できない、というのがこの研究の指摘です。

注意したいのは、40%超が体重の40%ではなく、足の縦方向の硬さのうち、横アーチが受け持つ割合だという点です。また紙は足ではないので、紙の実験は考え方の例にとどまります。では、この数字はどんな実験から出てきたのでしょうか。

曲がりの向きがちがうだけで、なぜ硬さが変わるのか。身近な例が、紙の端を丸めて硬くする操作だ。National Geographicの記事は、紙幣の長い辺を軽く丸めて真ん中を持ち上げると、押したときの抵抗が出る例で、曲がり（アーチ）が硬さを生むことを説明している［5］。紙は手元で確かめられるが、足の説明としては考え方の例にとどまる。

足では、これが横方向のアーチにあたる。2020年のVenkadesanらのNature論文は、横足根アーチが中足骨どうしの間の組織を通して働き、足の縦方向の硬さ（longitudinal stiffness）の40%超を担うと報告した［4］。縦アーチだけで足の硬さを説明する従来の見方に対して、足の幅方向の曲がりも同じくらい重要だと示した点が新しい。ここで注意が要るのは、40%超は体重の割合ではなく、足の縦方向の硬さのうち横アーチが受け持つ割合だということだ。

横方向の曲がりが硬さに効くという考え方は、板の模型でも示されている。同じ厚さ・大きさの弾性のあるシェル（殻）に縦と横の曲がりを与えて比べると、大きさや厚さによらず、横方向の曲がりのほうが硬さを増したと報告されている［6］。模型は単純化されたもので、足そのものではない。次に問うべきは、足の実物でこの寄与をどう確かめたのかだ。

人の 足を 使った ある 実験じっけんでは、足の よこ むきの 靭帯じんたいを 切ると、足ぜんたいの かたさが やく 40パーセント 下がりました。たて むきの アーチに またがる 足底腱膜そくていけんまくなどを 切ったときは、やく 23パーセント でした［6］。

よこの 靭帯じんたいを 切った ときの ほうが、かたさが たくさん 下がった のです。これは、よこの アーチが 足の かたさを ささえて いる 手がかりに なります。

ただし、この 数字は ニュースで紹介しょうかいされた ものです。「ある 実験じっけんでは」と 受けとめて ください。

ここで 気に なる ことが あります。それほど かたさを ささえて いるなら、足は ずっと かたい ほうが いいのでしょうか。

切って比べる

横アーチの寄与を調べる実験の一つが、遺体の足を使ったものです。報道によると、足の横方向の靭帯を切ると、足全体の硬さがおよそ40%下がりました。縦アーチにまたがる足底腱膜などを切ったときは、およそ23%の低下でした［6］。横のつなぎ目のほうが、切ったときの影響が大きかったことになります。

これは、横アーチが足の硬さに効いていることを示す手がかりです。ただし標本の数などの詳しい条件は、この記事が使った資料からは分かりません。1つの実験の数字として、「ある実験では」と受けとめるのが安全です。

横が大事だからといって、縦が不要になるわけではありません。足は縦と横、両方のアーチが組み合わさって硬さを生んでいます。では、それほど硬さが大切なら、足は硬いほどよいのでしょうか。

横アーチの寄与は、どう確かめられたのか。報道（Physics World）によれば、遺体の足で横方向の靭帯を切ると足全体の硬さが約40%下がり、縦アーチにまたがる足底腱膜などを切ったときは約23%の低下にとどまった［6］。靭帯を切って、何がどれだけ硬さに効いていたかを逆算する発想だ。横のつなぎ目のほうが影響が大きかったことは、先の「40%超」という報告の向きと合う。

ただし、この数字には限界がある。使った標本数などの詳細は本稿では確認していない。また、遺体の足で測った硬さが、生きて動く足の、歩行や走行の中でどれだけ当てはまるかは別の問題だ。40%や23%を、足のどの動きにも当てはまる固定値のように読むのは避けたい。

とはいえ、横アーチが寄与するという方向は、板の模型の結果とも一致している。横が効くのは確からしい。そこで次の問いは、硬さを増すのが良いなら、足はなぜ最大限に硬くならず、あえて少したわむ構造なのか、だ。

足に 体重が のると、足底腱膜そくていけんまくが のびて、アーチが 少し 下がります。この たわみが、地面に つく ときの 衝撃しょうげきを やわらげ、力を ちらす 助けに なると 説明せつめいされて います［7］。

アーチは、たわんだあと 元に もどる ときに、ためた 力の 一部を 返す バネの ようにも はたらく ようです。人の 足を 使った 推定すいていでは、走る ときに 使う 仕事の やく 17パーセントを、アーチが ためて 返せるかもしれない、とされます。これは 古い 研究の 推定すいていで、ほかの 論文ろんぶんから 紹介しょうかいされた 数字です［8］。

くつの 中に 入れる 板で、アーチの たわみを 8わり ほど 止めた 実験じっけんも あります。時速 やく 10キロで 走ると、からだが 使う エネルギーが やく 6パーセント ふえました。でも 歩く ときや、坂を のぼって 走る ときは、かわりませんでした［8］。

足は、かたい ところと、やわらかい ところを 持って いて、場面に よって 使いわけて いる ようです。では、この 足の 形は、いつ できたのでしょう。

たわむことで力を受け流す

足に体重がのると、足底腱膜が引きのばされて、アーチが少し下がります。この変形が、足が地面についたときの衝撃をやわらげ、体重を分散して受けとめる働きをすると説明されています［7］。足のアーチは、硬いだけでも、柔らかいだけでもなく、荷重に応じてたわむことが仕事の一部です。

たわみはバネにもなる

アーチは、体重でたわんだあと、元の形に戻るときに、ためた力の一部を返すバネのようにも働くと考えられています。Kerらが1987年に遺体の足で推定した値では、走るときの仕事の約17%を、アーチが蓄えて返しうるとされます。この数字は原論文ではなく、後の論文での引用を通して知ったものです［8］。

実際の走りでの効果を測った研究もあります。靴の中敷でアーチの圧縮をほぼ80%制限すると、時速約10km（2.7m/s）の走りで、代謝コストが約6%増えました。一方、歩行や上り坂走行では変わりませんでした［8］。アーチのたわみが走りのエネルギーに関わっていることがうかがえます。

足は硬さとたわみの両方を使い分けているようです。ではこの足の形は、いつ、どうやって現れたのでしょうか。

硬さが大切なのに、足はなぜ少したわむのか。足が荷重を受けると足底腱膜が伸びてアーチが少し下がり、この変形が接地時の衝撃をやわらげ、立脚期の荷重を分散・吸収する［7］。つまりアーチは、硬いことと、たわんで力を逃がすことの両方で体重を支えている。

たわみは、衝撃を逃がすだけでなく、エネルギーの貯蔵にも使われる。Kerらの遺体足を使った推定（1987年）では、走る仕事の約17%を、アーチが弾性エネルギーとして蓄え、返しうる。この数字は原論文を直接確認しておらず、Stearneらの論文での引用を通した値なので、「推定」として読むのが妥当だ［8］。

これを実際に確かめた実験がある。Stearneらは、靴の中敷でアーチの圧縮をほぼ80%制限すると、約2.7m/s（時速約10km）の走りで代謝コストが約6.0%増える一方、歩行や上り坂走行では変化しなかったと報告した［8］。走りという条件で、アーチのバネが働いていることを示唆する。ただし、この結果は特定の速度と条件でのもので、アーチの寄与がどの場面でも6%だと言えるわけではない。

こうして、硬さ（横アーチ）とたわみ（縦アーチを含む全体の変形）の両方が、足の仕組みとして組み合わさっていることが見えてきた。残る問いは、この形がいつどう生まれたのかだ。

化石の 足の 骨ほねの 形を 調べた 論文ろんぶんは、ヒトに にた かたい 足が、ホモぞくと いう グループが あらわれるより やく 150万年も 前に、すでに あったと 推定すいていして います［9］。化石の 形からの 推定すいていで、かたさを じかに はかった わけでは ありません。

子どもの 足では、どうでしょう。ふつうの 人むけの 解説かいせつでは、3〜4さいで できはじめ、6〜7さいで 大人の 形に なる、と 書かれて います［3］。

時期は 資料しりょうに よって はばが あります。小さな 子の 足が 平らに 見えるのは、アーチが 育って いく とちゅうの 時期に あたるからです。

化石に残る足の硬さ

化石人類の足の骨を調べた論文は、ヒトに似た硬い足が、ホモ属が現れるより約150万年も前に見られる、と推定しています［9］。化石の形からの推定であり、硬さを直接測ったものではありません。

子どもの足の中で育つアーチ

子どもの足では、土踏まずはゆっくり育ちます。一般向けの解説では、3〜4歳ごろから形成が始まり、6〜7歳ごろにおとなの形になるとされています［3］。

小さな子の足が平らに見えるのは、アーチが育っていく途中の時期にあたるからです。足の形は、化石の時代から幼い子どもの成長まで、長い時間をかけてつくられてきました。

この足の構造は、進化のどの段階で現れたのか。Venkadesanらの論文（arXiv版）は、化石人類の足の骨の形から、ヒトに似た硬い足が、ホモ属の出現より約150万年前に現れた、と推定している。縦アーチや持久走への適応より前とされる［9］。化石の形からの推定であり、硬さそのものを測ったものではない。National Geographicはこれを「300万年以上前」と書いており、年代は資料で食いちがう。この記事は論文側の約150万年前を採った。

個体の発達では、一般向けの解説が、3〜4歳ごろに形成が始まり、6〜7歳ごろにおとなの形になるとしている［3］。幼い子の足が平らに見えるのは、この形成の途中にあたるためと考えられる。

進化の時間でも、一人の成長でも、アーチは一度に完成するのではなく、時間をかけて形づくられる。そして足は、その形のうえで、硬さとたわみを使い分けて体重を支える。

1まいめ。紙を 1まい、つくえの へりから はんぶん 出して みます。先が たれる ようすを 見ます。つぎに、同じ 紙を はばの むきに 少し 丸めて、同じ ように 出します。たれ方が かわるか、くらべて みましょう。丸める むきを かえて みても いいですね。

2まいめ。いすに すわって、はだしの 足の うらを 見ます。つぎに、まっすぐ 立って、体重を 両足に かけて、もう 一度 足の うらを 見ます。つちふまずの 高さが かわるでしょうか。ぬれた ゆかでは やらないで ください。

足の うらの 形は、人に よって ちがいます。ちがいを くらべて 上下を つける ものでは ありません。

もっと 知りたく なったら、大人の 人と いっしょに、「横アーチ」や「足のアーチ」の ことを 調べて みましょう。

紙で考え方を、自分の足でたわみを、確かめてみましょう。

紙を1枚、机のへりから半分ほど出して、先のたれ方を見ます。次に、幅の方向に少し丸めて同じように出し、たれ方がどう変わるかを比べます。丸める向きを変えて比べるのも面白い試みです。

次に、いすに座ってはだしの足の裏を見て、そのあと立って体重をかけ、もう一度足の裏を見ます。足の内側のカーブがどう変わるでしょうか。濡れた床の上ではやらないでください。足の形には人それぞれの個性があり、比べて優劣をつけるものではありません。

もっと調べたくなったら、大人の人といっしょに、足の横アーチやアーチの発達について、図書館の本や信頼できる解説を探してみてください。

確かめてみよう。紙を1枚、机のへりから半分出して先のたれ方を見る。次に紙を幅方向に少し丸めて同じ条件で比べる。丸める向きを変えて比べれば、どの向きの曲がりが効くのかも観察できる。

次に、座った状態と立った状態で足の裏を見比べる。体重をかけたとき、足の内側のカーブがどう変わるか観察する。濡れた床では行わないこと。足の形には個人差があり、優劣をつけるものではない。

数字の読み方も確かめてみよう。「40%超」は足の縦方向の硬さのうち横アーチが担う割合、「約6%」は走るときの代謝コストの増え方で、体重や力の割合ではない。記事の中で、この2つが何の何％なのかを、自分の言葉で書き分けてみる。数字の出どころは、巻末の参考にした情報源の項目に書いてある。