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最重要的差异在于我们面部的尺寸。这一点，人类与古人类中的其他成员非常不同。我们与其他古人类成员的区别，首先就在于我们面部的尺寸和位置。在稍晚的进化过程中，我们已经缩小了脸部的大小。现在我们的面部位于大脑下面，而不再突出在大脑前面。这就是我们和古人类相比没有很大的眉骨的原因，也是我们的舌头和嘴巴小的原因，这就导致了我们的喉咙在下面，从而改变了声带的形状。
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在研究头部的过程中，我逐渐得到这一结论：尽管大脑在人类进化过程中确实很重要，但是还有其他很多原因使得头部独一无二，而这些原因又与大脑无关。
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我将举出一个与跑步有关的例子。当我们跑步的时候，我们无法像其他任何动物那样控制我们的头部。如果你观察狗或马奔跑，你会发现，它们的头部就像是身体上安装的导弹一样。身体在移动，而头部保持静止。那是因为要凝视。你需要固定住你的视线，才能看清楚你在往哪走。我们需要一个稳定的图像，才能去评估它，从而利用信息。如果你奔跑着穿过一片园林，周围世界是相当晃动不定的，你无法看清楚石头在哪里，无法看到其他障碍物，无法看清楚你的猎物在哪里。那么你就无法有效地工作。比如说，如果你在冰河时代被一块岩石绊倒了，这就是一个很大的选择性问题了。如果今天我们绊倒了，扭伤了脚踝或折断了腿，虽然还是很疼，但你可以去看医生，医生会给你治疗，你还可以利用拐杖。
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但想象一下，1万年前的时候，如果你在离家24公里的地方扭伤了脚踝，结果会怎样。你就会轻易成为剑齿虎、狮子或其他猛兽的盘中餐了。比起现在，在古代受了伤是一个更加严重的选择性问题。
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狗、马或其他四足动物能够保持头部不动的原因在于，它们的脖子是由胸部伸长的部分支撑的，所以可以水平地保持突出，而且它们的头部从后面也依附于背部，脖子也是水平突出的。这三个部分——头部、脖子和躯体，都可以各自独立地转动，因此头部可以保持不动。这也是动物奔跑时的内部机制。人类的脖子很小，是从颅底骨中间长出来的，而且很短。我们基本上就像是安装了弹簧的高跷。站立行走之后，我们就丧失了原本作为四足动物保持头部不动的功能。
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但事实证明，我们进化出了一种独特的方式来保持头部静止。其中一种方式就是内耳中起平衡作用的半规管，和头部里的前庭神经系统都以特别形式扩展了，从而赋予了我们对俯仰运动极为敏感的能力。半规管是保持平衡的器官，实质上它发挥着像是加速计一样的作用。当你的头部向前倾斜，比如说你跑步的时候每当脚底触地的时候，你的头部就会前倾，扩展了的半规管对这些角度加速的敏感度。通过我们大脑的一个由3个神经元构成的回路，可以无意识地激活眼部肌肉，然后固定住我们的视觉。所以，即使当你闭上眼睛并移动头部时，你的眼睛和半规管也会通过这3个神经元系统操作那些肌肉，并且保持视觉不动。这就是一个系统的关键所在。
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更有意思的是，我们也会利用手臂和屁股来固定大脑。当你奔跑的时候，你的头部会向前倾，这也解释了，为什么我们丧失了上体的很多肌肉系统。当你观察黑猩猩的时候，它拥有大量肌肉来连接头部和肩膀，用来转动、抬举肩胛骨的斜方肌在黑猩猩体内占据很大的比重。黑猩猩拥有我们所没有的肌肉，比如寰锁骨，还有一种被称为菱形肌的肌肉，分布在人类体内肩胛骨到脊柱之间，但数量很少。而在黑猩猩体内，菱形肌是插入头部的。正是因为黑猩猩从肩部到头部的肌肉，才使得它们这些动物可以有效地自由攀爬。
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我们放弃了攀爬能力，所以我们是灵长目动物里爬树最差劲的。作为灵长目动物，实际上我们是很古怪的。今天这里所有的听众里几乎没有人上过树吧，但对于灵长目动物而言，这是很奇怪的。我们放弃攀爬的理由不是因为我们要步行，而是因为我们要奔跑。
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事实证明，跑步的时候，我们会利用手臂来固定头部。当你跑步的时候，手和腿摆动的方向相反，每条手臂重量和头基本一样，惯性使得你的头部前倾，同时引起你的手臂下垂，也就是拖曳臂。我们拥有一块特别的肌肉叫作颅骨斜方肌，就一小片，有铅笔那么厚，它从锁骨处延伸出来，嵌入头部的中线结构里，也就是矢状平面里。在你的脚触地前这块肌肉会立刻被激活。这块肌肉就像是一个机械支柱，处于下落的手臂和前倾的头部之间。它把这些重量连接到一个弹簧状的结构上，这个结构叫作颈韧带，它在头部的中线里被校直。所以，当头部前倾的时候，手臂实质上会往回拉住头部。我们把这称为一个被动重量抑制系统。它运作的时候，你完全意识不到。你所需要的就是一个模式发生器，也就是一块肌肉，在你的脚触地之前自动激活；身体会自动解决我们作为双足动物出现的问题。很明显，人类是为了奔跑而进化的，而我们大约是在200万年前开始奔跑的。显然奔跑对我们的生理机制至关重要。同样，运动能力也是我们生理机制至关重要的一部分。
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接下来，我又开始寻找头部与忍耐力相关联的其他特征。比如说，我们的鼻子增大了。其他灵长目动物都不能挖鼻孔。我们拥有这个大鼻子，这是我们头部前面增加的前庭部分。为什么我们拥有这个部分？结果表明，这部分前庭是一个湍流发生器。空气要通过小小瓣膜往上走，这个瓣膜被称为文丘里喉管，当空气进入鼻子后，它会制造湍流。然后它会转为直角，制造出更多湍流。之后空气进入另一个文丘里喉管，从而进入鼻子中部，鼻子的所有工作都在那里完成，所有黏膜在那里交换热量和黏液。由于鼻子里的空气湍流，鼻子里并没出现层流。空气不只是流入我们的鼻子，而且是呈高度旋涡型的，由此空气降低了流动速度，这就意味着，流入鼻子里的空气与上皮组织的黏膜之间就没有了界限。在从外部世界进入鼻子的空气与黏膜之间，存在着密切而长久的联系。这就使得我们极为有效地给吸入的空气增湿增温，并且极为有效地保留住从鼻孔出去的湿度，从而我们不会因此脱水。
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头部其他很多特征也为我们成为杰出的长距离步行者和奔跑者做了很多贡献。我开始痴迷于这样一个观念：人类进化出具有长距离奔跑的能力，进化成可以长距离行走的物种，基本上就是进化成像运动员那样利用身体。这些进化的踪迹就在我们的头部，连同大脑一起。
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我变得对头部、脚、奔跑、运动能力和人类进化之间的关系感兴趣，还有一个原因在于，这也是学术研究和生活之间的一种互动。我热爱跑步，我在青少年时期就开始跑步了，但我从来没有成为过田径运动员，我也从未为了慈善事业而跑步。我跑步，仅仅是因为这让我的双脚舒服。高中时，如果我一周之内不跑几次的话，我就会发疯。渐渐地，我开始成为一名慢跑健身者。我在大学时也跑步，在读研时也跑，当我成为教师时也在跑。一周只跑几次，一次只跑几公里，只是为了保持头脑清楚。
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当我开始去研究奔跑的进化，和那些让我们拥有跑步技能的头部特征时，我开始更多地思考我自己的跑步。在我弄清楚之前，这就已经在我的研究与业余时间之间建立了有趣的反馈关系了。我们做了一些实验，目的是弄清楚手臂是怎样固定头部的。我们试图弄明白，若没有手臂的帮助，人们在跑步时会是怎样的呢？当被试者在跑步机上跑步时，我们会给他们穿上束身衣，或者让他们同时双手拿着水杯，各种情况我们都做了。我记得，当我在马萨诸塞州坎布里奇市的几个公园里跑步的时候，我把手臂举在头上，我就听到一些人说：“噢，很明显那个人不知道怎么正确地跑步！”我想那种情形很搞笑。但是我也意识到，他们也许说的没错。尽管我确实热爱跑步，但我实际上并不是一个优秀的跑者。
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当我们开始研究裸足跑的时候，我和一名同事丹尼斯·布兰布尔（Dennis Bramble）在《自然》杂志上发表了一篇论文《耐久跑和人族的进化》（Endurance running and the evolution of Homo），来论证跑步的进化。我们从头部开始论证，人类进化出长距离奔跑的能力。我们的进化历史踪迹表明，我们是在200万年前开始奔跑的。奔跑对于狩猎能力的进化很重要，使得早期人类的狩猎活动成为可能，并且帮助我们解放了大脑尺寸的约束，也正是在狩猎和奔跑之后，人脑的尺寸才开始增长。
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在2005年波士顿马拉松比赛之前不久，一场东北风暴席卷全城。大雨倾盆而下，参赛者担心他们要怎样在这种天气条件下跑完马拉松。顺便说一句，我也曾在东北风暴里跑过一次马拉松，所以我能够告诉大家这有多恐怖。我做过一场大型的公开讲座，来谈论跑步的进化史，以及为什么我们能跑完那次波士顿马拉松比赛。当时前排坐着一个人，他有一把大胡子，穿着吊带装，但最有意思的是，他穿着包在布基胶带里的袜子。我记得我当时以为他是在哈佛广场，跑进来躲雨的流浪汉。但事实上，他是一名哈佛校友，住在波士顿南部的牙买加平原，他开了一家自行车商店。会后他找到我说：“你知道吗，我热爱跑步，但我憎恨穿袜子，所以我是光着脚跑步的。实际上，我不喜欢穿鞋子。很明显人类可以进化成赤脚跑步的。那我是个怪人还是正常人呢？”我当时想：“这是一个多好的问题啊！”
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我们对于赤脚跑步几乎是一无所知。很显然，数百万年前，人类确实是光着脚奔跑的，所以，从进化的视角来看，他一定是个正常人，而像我这样穿着鞋跑步的人反而是不正常的。在那个时候，我还一直在与足底筋膜炎作斗争。起床之后刚走的那几步路，会使我的双脚疼痛，因为脚底发炎了，足底筋膜就是一层结缔组织，它肿胀起来了，而且严重供血不足，很难治愈。我那时每跑400公里就要买新的跑步袜，那袜子还挺贵的。所以我当时就想：“我们应该研究这个人！”
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我拿到了他的邮箱地址，并带他去我们的实验室，让他在实验室里光着脚跑。当我们让他在测力板上跑步时，他以优美轻柔的方式跑着。大多数美国人跑步的时候是用脚后跟先着地的。我们穿着那些又大又厚的有缓冲垫的跑鞋，它有很多支撑和缓冲作用，这就会让我们穿起来很舒服，让人着力在脚后跟上。但是，这个家伙却不是脚后跟先着地，他是前脚掌先着地，脚掌着地之后，脚后跟才触地。他也没有感受到冲击峰值。
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一个冲击峰值是指两个物体的动量交换时产生的冲击力。动量就是质量乘以速度，当一个物体突然停止不动的时候，就会交换动量。比如，当你把很重的东西摔落在地上，就会产生一股力量的峰值；当你掉什么东西在地上，你会听到声音。但当人们前脚掌先着地，就没有峰值力，因为这是软着陆。不过没人会有耐心去关注这一点，因为大多数人都是脚后跟先着地，而不是前脚掌。
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事实上，之前当我们在做头部固定的实验时，我就开始讨厌那些前脚掌先着地的人了，因为他们的头部并不会很晃动，他们着地的时候也很轻巧。直到这个家伙在测力板上跑步时，我才突然意识到，他一定是正常的，而我一定是不正常的那个，因为我还穿着愚蠢的价格昂贵的跑步袜。
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我们开始让其他赤脚跑者来实验室，发现他们都是以这种方式跑步的。如果你脱下鞋子，沿着马路跑步，如果你是脚后跟先着地，你很快就会停下来，因为那样跑起来很痛，你做不到每跑一步都重重地着地。你很快就会转换成让脚掌先着地，因为那样没有很强烈的冲击力。所以，我们做了一些研究，去弄清楚其中的机制，以及物理学原理，结果证明这是一个有趣的故事。
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我们也去到非洲，去观察那些从来不穿鞋子的人。这让我意识到，跑步是一种能力，而我们却用技术钝化了这种能力。我们穿上那些花哨的跑鞋，我们喝运动饮料，但是我们不再真正去关注我们的身体到底是怎样运转的。我们没有在真正意义上奔跑得很好。世界上最好的跑者生来就是光着脚跑步的，他们都是优异的跑者。
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在过去的5或10年里，我做了很多观察，不仅只是关注我自己跑步方式、我自己是怎样使用身体的，我还关注西方世界之外的人们是怎样使用他们的身体的，他们的能力有哪些，那又会启发我们怎么在受伤的情况下使用身体。
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我所在做的事情的一部分，也正是生物学和进化生物学里一项逐渐展开的、蓬勃发展的运动，我们希望这项运动能成为科学界更广泛的运动的一部分。这项运动就是，利用进化来启示我们怎样利用我们的身体，还有医学。有一门正在成长的学科叫作进化医学，最初是由乔治·威廉斯在20世纪90年代开展起来的。他和兰迪·内瑟（Randy Nesse）合著了一本很重要的书，叫作《为什么我们会生病》（Why We Get Sick），从而开辟了进化医学这个领域。
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和很多进化生物学家一样，我也深受《为什么我们会生病》这本书的启发。实际上，我开始着迷于这样一个问题，对人脑、跑步和运动能力进化的研究，到底对当代人类的健康有多重要。进化生物学不仅和大众没有建立关联，也没有和其他生物学分支的人建立关联，特别是没有与医生建立联系，而医生本应该对进化感兴趣，然而并没有。他们依旧认为，进化和医学没有关联。实际上，如果你把“进化”这个词放进国立卫生研究院的拨款申请书里，这大概是最快拿到驳回意见的方式。人们只是认为进化不重要。
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我们对跑步进化的研究触动了这根神经。自从在2004年发表《生而为跑》（Born to Run）的论文之后，我收到了1 000多份邮件。而最近，在发表赤脚跑步的论文之后，我数不清我到底收到了多少封邮件。我依然每天都会收到5～10封邮件，它们来自于世界各地的赤脚跑者和穿鞋跑者。他们确实对跑步的进化很感兴趣，不仅是因为这解释了为什么他们喜欢跑步，也因为理解跑步和行走的进化，能够解释为什么这对人体健康有益。更重要的是，从我自身的视角来看，这也部分地启发了我们应该怎样使用身体。
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