人類は4足走行で100m9秒の大台を破る！？短距離も長距離も走るメカニズムについて科学的に分析！日経サイエンスの特集をラジオで解説！
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今回は、走るメカニズムについて面白い話題の紹介です。日本でも大迫傑選手が日本新記録を塗り替えた話題は記憶に新しいと思いますが、このラジオによると、人類はまだまだ速くなれるとのことです。しかも、短距離では4足走行が一番速くなれるようです。人類はいったいどこまで早くなれるのか、大人のラジオの科学のコーナーを書き起こしてみました。番組登録オススメです！
ラジオ本編メモ
人類はここ100年で100ｍ走をほぼ1秒縮めている
さて、2月25日に発売された、日経サイエンスの最新号2019年4月号は、『走る動物、人』と題した特集を組んでいますね。こちらはどんな内容ですか？
はい。4月号では、人間の基本動作であります走りを考察しております。走りといえばですね、100m走の男子世界記録は、現在、ウサインボルト選手が2009年、9秒58の世界記録を叩き出していたわけですけれども、この世界記録はですね、この100年ぐらいでほぼ1秒ぐらい縮んでいるそうなんですね。日本の国内記録なんかも、2秒ぐらい短縮されているそうで、2016年のリオのオリンピックの男子400メートルリレーでは、日本の男子チームが銀メダル。2017年には、桐生祥秀選手が100メートル走で9秒98の日本記録、それから、昨年の2018年は、第18回アジア競技大会の男子400mリレーで、日本チームが1998年のバンコク大会以来20年ぶりとなる金メダルを獲得したりとですね、とても健闘していますよね。
人類が10秒切るスピードで100 m 走を走るとか、何十キロもの長距離を走りきれるのにはですね、まあ理由がありまして。しかも、その能力というのは、まだまだ発展の途上にあるそうです。で、その鍵を握るのがですね、バイオメカニクス（生体力学）という研究分野で、日本は、このバイオメカニクスが記録の更新に大きく貢献してるそうです。今回の特集は、そういったお話を紹介しています。
1964年東京オリンピック金メダリストから得た気付き
バイオメカニクスの分野では、、これまで一体どんな研究がされてきたのですか？
はい。長年この分野の研究に取り組んでこられたお一人が、大阪体育大学の伊藤彰名誉教授です。
伊藤先生はですね、今から約50年ほど前の1970年代前半ですね、ポーランドの女子短距離選手であります、イレーナ・シェビンスカ選手の走りとですね、そのコーチの指導を見聞きしていて、あることに気づいたそうです。シェビンスカ選手っていうのはですね、1964年の東京オリンピック、この時の女子200mで金メダル。それから、次のメキシコオリンピックでは、世界新記録ですね、まあ見事金メダルに輝いた選手なんですね。
で、伊藤先生が見学した時ですね、彼女のコーチは、ももを高く上げて走れと。それから、地面を蹴る時は、膝と足首を伸ばすようにと指導していたそうなんですね。で、このコーチのアドバイスは、当時の日本の指導法と合致していたんですけれども、伊藤先生は、全速力で走るシェビンスカ選手のフォームと、このコーチのアドバイスに食い違いがあるように感じられまして、特にですね、膝はあまり伸びていないように見えたそうなんですね。
そこで伊藤先生はですね、学生約30人にそれぞれ全速力で走ってもらって、太ももの角度を測定しました。で、その結果ですね、太ももの角度が、学生毎にてんでんバラバラだったほか、シェビンスカ選手のフォームで違和感を感じた、地面を蹴る時の膝の伸び、これもまちまちでした。キック動作の時の膝の角度の変化を調べると、同じ学生が速度を上げればですね、確かに膝を伸ばす動き手が大きくなったんですけれども、全速力で走った場合には、速さと膝の伸ばし方は無関係でした。むしろ、全速力で膝を伸ばそうとする動きが小さくなったくらいで、練習では太ももや膝のことを意識していても、いざ全速力を出す本番となると、体が異なる姿勢をとっていて、これは大きな発見だったということだそうです。
世界的なアスリートを徹底調査
他の世界的なアスリートではどうだったのでしょうか？
伊藤先生は、1991年の世界陸上東京大会で、この時、9秒86の世界記録をたたき出したカールルイス選手だとか、同じく9秒81を出したリロイバレル選手、こういった一流の選手の走り方を計測しました。そうするとですね、彼らもやはり膝を伸ばしていませんでした。伊藤先生は、国際学会でですね、この二人の選手のコーチだったトムテレツコーチに、この計測結果を見せたところ、テレツコーチも太ももや膝の動作については同じ見解だったそうです。で、やがて伊藤先生らのこうした考え方は、指導の現場にも少しずつ取り入れられていって、フォームが改められたそうです。それによりまして、日本記録は1968年以降ずっと10秒3台を切れずにいた100m走、この記録がですね、1988年には10秒2台に突入しまして、1997年には10秒0台まで伸びたということです。
伊藤先生はですね、それからも様々選手のデータ解析を進めましてですね、やはり、全速力で走る試合の時の走りでは太ももが上がらず、膝が伸びていないってこと確認しました。で、世界王者のボルト選手なんですけども、彼のフォームもですね、この4月号の29ページに掲載されている通り、地面をキックする足の膝がピンと伸びていません。このように、伊藤先生がある意味で一石を投じてからですね、短距離走をめぐる日本のバイオメカニクスの研究は加速していったということです。
足が着地してから0.06秒がポイント
もう少し詳しく、研究の中身を教えていただけますか？
はい。もう少し距離走を例に考えてみましょう。短距離走はですね、よーいドンのスタートから、最大速度に加速する『加速フェーズ』と、その後に、速度が落ちる『減速フェーズ』に分かれます。で、タイムに一番効いてくるのは、この前者で到達する最大速度です。人間は走る時ですね、足が地面をキックした時の力を使って体を加速しています。加速する時に力を発揮するのは、これまで、太ももの大腿二頭筋だと考えられてきたんですけども、伊藤先生の研究では違っております。
走る時のフォームをスローモーションでちょっとイメージしてみてほしいんですけれども、前へ繰り出した足が地面についた瞬間、着地の動作が体にブレーキをかけるわけですね。で、加速のためにはですね、今度は地面から受けた力に耐えた後で、逆に地面を蹴って反発する力、これを得る必要があります。そこで、伊藤先生らはですね、トレッドミルと呼ばれるベルトコンベアの上を走る装置の上を大学の選手に走ってもらいまして、足と地面の間で受け渡される力の関係を調べました。
その結果ですね、足が着地してから初めの0.06秒の間がブレーキ、それから、後半の方0.06秒が地面を蹴る加速の時間だという風にわかりました。で、この前半と後半で明確な違いが見られたのは、前半のブレーキの時には太ももの大腿二頭筋が働いて、後半の加速の時には大腰筋などが働いていたそうです。で、この大腰筋というのはですね、足の大腿骨と脊椎の末端にある、腰椎をつないでいる筋肉です。足の付け根を回転させる外旋と呼ぶ動作にも関わる筋肉で、キックの時に大腰筋を効果的に動かせば、キックする足の付け根にある骨盤を、前に押し出せるということです。この時にですね、膝であるとか、足首をヘタに動かすと、足の付け根で発揮した力が返って減殺にされるということです。足の筋肉で足を動かすよりも、体の中心に近い部分で足を動かした方が、エネルギー効率が高いわけで、伊藤先生はですね、骨盤を前に押し出して、キックの力を発揮することが、より良い加速のためには重要という風に分析されています。
人類が100m9秒を切るには4足走行がベスト！？
そうしますと、人間が100m走で9秒を切ることも可能なのでしょうか？
はい。専門家の中にはですね、9秒3レベルの記録が達成できるという見方があります。で、まぁご指摘の通り9秒の大台を切るのはできるのだろうかと言うとですね、条件によっては、切れるという見方があります。神奈川大学の衣笠隆太教授は、ある条件で走れば2050年頃には9秒切っているかもしれないという風に見ておられます。で、その条件というのはですね、2足走行ではなくですね、4足走行なんですね。
4足走行というと、手足を地面について走るわけですか？とても面白いですね。
はい。衣笠教授はですね、4足走行100mのギネス世界記録保持者であります、伊藤賢一さんの走りを解析しています。4足走行の選手がいるなんて信じられないという方はですね、このラジオ聞きながらネットで伊藤さんの名前を検索して、走りを試聴してみて欲しいんですね。
伊藤さんが持つ現在のギネス世界記録というのは、2015年に達成した15秒71です。2008年の20秒台から、7年で4秒以上の短縮になりますので、衣笠教授はですね、これまでの伊藤さんのタイムの変遷から考えて、2050年頃に9秒切るというように見ておられます。衣笠教授の指摘はですね、まぁ人類の走りっていうのは、何も2足走行に限らないのだという気づきを与えてくれるわけですね。で、これは人類の走りの進化を考える上で非常に重要な視点となっています。
で、伊藤さんの4足走行なんですけども、左手→右手→左足→右足の順に地面に手と足をついていく、トランスバースギャロップと呼ばれる走り方でして、これは馬と同じ走り方です。練習を始めた頃はですね、両手と両足を同時に地面についていたということなんですけれども、次第に、トランスバースギャロップの形に変化していたそうです。ちなみにですね、チーターであるとかレース犬の場合なんかは、左前足→左後ろ後足→右後ろ足→右前足といったステップを踏む走法で、これはロータリーギャロップと呼ばれています。で、伊藤さんはですね、ここ数年、ほぼ毎日6時間の練習を欠かさないそうで、非公式ではありますけれども15秒を切る14秒98のタイムを出したということです。で、この数値はですね、中学生の100mの平均タイムよりも短いそうですね。
4足走行が早いのはなぜか？
4足走行が早いのはなぜですか？
はい。 衣笠教授はですね、伊藤さんにトレッドミルで走ってもらった特徴を調べました。で、その結果ですね、前足、要するに手ですけれども、その前足と後ろ足の間に生じる一歩の歩幅がですね、通常の人間の2足走行の歩幅よりも長いことがわかりました。これは4足走行の構造的な利点で、一歩の歩幅に肩から腰までの、胴体の長さを含めることができているわけですね。
で、トレッドミルの記録からシュミレーション行いまして、衣笠先生が得た4足走行の最高速度は、秒速10.7mだそうです。で、もしもこの速度で100m走を走りきることができれば、9秒3レベルに食い込める速さなわけですね。現在の伊藤さんの4足走行の速度っていうのは秒速2.8mだそうで、伸びしろはまだたっぷりあるということです。伊藤さんはですね、ほとんどの4足動物がボルトより速いわけなので、人間は速さを追求するとなれば4足に行く着くのではないかという風に考えていらっしゃいます。
また、衣笠教授はですね、チーターの走りと伊藤さんの走りを映像で比較分析しまして、4足走行に立ちはだかる問題というのも見つけています。１つ目は、上半身の角度の変化です。走る時、チーターはですね、空中でまっすぐ伸ばした前足が、胴体とほぼ水平になりますね。そのため、チータは長い歩幅を稼ぐことが可能になっているそうです。一方、人なんですけれども、まあ人体の肩の構造で、まぁチーターの動きを果たしてどこまで真似られるのかというところが未知数です。で、2つ目は背中の骨、つまり脊柱の柔らかさです。チーターの脊柱というのは、大きくしなって推進力に寄与しているんですけれども、これは、脊柱が固くなった人体には非常に難しい芸当で、衣笠教授は、脊柱の硬さが2足歩行の代償なのかもしれないという風に見ておられます。
ところで、人類の進化を考える上で、2足走行は重要な視点だそうですが、一体どう関係するのですか？
はい。実は、進化の側面からするとですね、2足走行は見過ごされていたそうです。
人類学はですね、4足から2足の歩行の変化には、かなり研究と議論の労力を費やしてきたんですけれども、走りについては、そこまで関心を寄せてこなかったそうです。ただ、半世紀以上前の1950年代から60年代には議論が活発になされました。で、1950年代当時の人類学ではですね、狩猟採集民族の研究が盛んで、アフリカの原野で狩りをして暮らす狩猟採集民族ですね、その生活を調べることで、人類進化のヒントを得ようとしていました。で、その流れの中で、走りが人類進化に必要だという議論が浮上しました。つまりですね、狩猟には、必ず獲物を追いかける行動が伴うわけですね。で、獲物の動物の逃げるスピードというのは人間よりも早いと、人類よりも早い。で、そこで人類は、持久戦に持ち込むわけです。獲物をどこまでも追跡して、弱ったところで仕留めると。で、そのためには、長距離を走るための様々な能力が必要になる。
そこで身につけたのが、例えば汗をかく能力で、汗腺を発達させて熱を体内から放散して、体の毛、体毛を少なくすることで、外気が肌を直接冷やせるようになったと。で、人類を含めて動物っていうのは、体内の深部の体温が一定以上に達すると、命が危険にさらされるわけですね。過熱を防ぐために、いずれ走ることを止めて、立ち止まらざるを得なくなる獲物に対して、ある意味で効率的なラジエーターを備えた人類は有利になるわけです。
ただ、こうした議論を裏付けるような筋肉の発達具合を正確に読み取れるような化石とかは少なかったので、研究は進みませんでした。ところが、状況が変わったのは、主に2000年代になってからで、世界中で各時代の運動に関わる、足や骨などの断片的な化石が数多く見つかったとかですね、それから、現代の、他の動物での運動の解析の研究が進んで、走りについての多面的な議論がなされるようになってきたということだそうです。
長距離を走る動物は人間だけ、今もその能力が生きている。
そうしますと、人類の進化の過程では、走りの能力は速さよりも持久力が重視されますね。
はい。陸上でこれだけ長距離を走る動物っていうのは、実は人間くらいしかいないそうなんですね。人間はその後、狩りに明け暮れる生活が必要なくなったんですけれども、その持久走の能力っていうものを様々な場面で生かしてきました。例えばメソポタミア文明。当時は、支配者の発した命令を、遠方まで届けるために、長距離を走る伝令が活躍しましたし、それから、15世紀から16世紀のインカ帝国、ここでは、暗号文を伝える伝令と、新鮮な海産物お内陸部の都へ運ぶ物流を担う伝令がいたそうです。まぁ、走るということは、政治や経済、宗教と不可分の要素として社会に息づいてきたわけですね。
で、その持久走の能力なんですけれども、現代の私たちも受け継いでいますね。42.195kmを走りきるフルマラソン、これにはアスリートだけでなく、一般の人も多く参加しています。昨年2018年の東京マラソンでは、およそ36000人が参加して、そのうちの96％が完走したそうです。で、フルマラソンの記録っていうのは年々更新されています。100年余り前の、1908年の世界記録は、2時間55分18秒だったんですけども、2018年には、2時間1分39秒まで短縮されました。短距離走が、この100年間でじりじりとタイムを縮めてきたのも同じです。
2時間の大台を切れるかどうか、世界のトップランナーたちの注目の的となっているところですね。
あのナイキが大台にチャレンジ！人間はフルマラソンで2時間を切れるのか？
本当に人はフルマラソンで2時間を切ることができるでしょうか？
はい。マラソンの記録を左右する要素はいろいろあります。
体型の面で言えば、足先が細いとか、腱の長い脚っていうのはエネルギー効率が良いわけですね。で、この体型は、遺伝的に東アフリカ出身に者に多くてですね、昨年のその2時間1分39秒の新記録を出した、エリウド・キプチョゲ選手なんかもこれケニアの出身ですね。
それから心肺能力の面では、酸素を一回の呼吸でなるべく多く取り込める方が良いですし、もちろん走り方も重要です。で、足の指に近い、足の裏の前方から着地するフォアフットと呼ぶ走法はですね、足の裏の真ん中で着地するよりも、前方へ進みやすくなります。
また、生理学的な分析によりますと、マラソンというのは、グリコーゲン貯蔵量との戦いとも言われているそうで、まぁマラソンを走り切るには、筋肉の動力源となるグリコーゲンが、例えば、体重が60キロの人ですと約2500kcalぐらい必要になるんだそうですが、体内のグリコーゲンは、肝臓に300kcalそれから、筋肉に1500kcalしか蓄えられていないので、グリコーゲンが不足すると、代わりに脂肪が消費されるわけですけれども、その分解に時間がかかるので、走るスピードはどうしても遅くなります。それで、これまでのマラソンは、一定のペースで走るのが良いとされてきたんですけども、近年はですね、前半に少しペースを上げる、前半型が良いとされつつあります。
それでは、最高の条件を整えたら、人間はマラソンで本当に2時間を切ることができるんだろうかと。そんな試みをですね、ナイキが2017年に行いました。マラソンに適した摂氏5度から10度の気温、それから無風に近い日を選びまして、走るコースをF1サーキットの会場に設けまして、グリコーゲン補給に有効なドリンクだとか、専用のシューズ、それから、2時間を切るためのペースメーカーとして、並走ランナーも用意しました。このチャレンジに3人のランナーが挑みまして、その中の1人のキプチョゲ選手がですね、最短タイムの2時間0分25秒でゴールしました。残念ながら2時間を切ることができなかったんですけれども、この試みに多くの専門家が注目して、中には2020年代にはですね、2時間を切る選手が現れるかもしれないという風に見ている人もいます。
まぁ、やはり私たち人間はですね、地球上における類まれな走る動物と言えると思います。
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- 番組名…大人の科学（大人のラジオ）
- 番組webサイト…http://www.radionikkei.jp/otona/
- 放送日…2019年3月1日（金）
- 放送時間…11：35～12：30
名 前：鹿児島 昌樹（かごしま まさき）プロフィール：1986年日本経済新聞社入社。東京本社産業部、科学技術部、大阪本社経済部などを経て、1999年より東京本社科学技術部。次長、編集委員を経て2012年から現職。<企業広報プラザHPより引用>
名 前：AIアナウンサー 荒木 ゆい（あらき ゆい）プロフィール：栃木県出身、東京の私立大学を卒業後に東京キー局のアナウンサーとして就職、その後フリーとして独立。 ニュースからバラエティ番組、ドキュメンタリーのナレーション、イベントの司会など様々なアナウンス業をこなす。<ゆいプラHPより引用>
