Изменения скелета человека из-за двуногости - Human skeletal changes due to bipedalism

Эволюция двуногого человека , начавшаяся у приматов около четырех миллионов лет назад, или уже семь миллионов лет назад с Sahelanthropus , или около 12 миллионов лет назад с Danuvius guggenmosi , привела к морфологическим изменениям скелета человека, включая изменения в его теле. расположение и размер костей стопы, размер и форма бедра, размер колена , длина ноги , а также форма и ориентация позвоночного столба . В эволюционных факторах , которые произвели эти изменения были предметом нескольких теорий .

Энергоэффективность

Человеческая ходьба примерно на 75% дешевле, чем четвероногая и двуногая ходьба у шимпанзе. Некоторые гипотезы подтверждают, что двуногие движения увеличивают энергетическую эффективность передвижения и что это важный фактор в возникновении двуногого передвижения. Люди экономят больше энергии, чем четвероногие, при ходьбе, но не при беге. Бег человека на 75% менее эффективен, чем ходьба. Исследование помогло доказать, что ходьба живых двуногих гомининов заметно более эффективна, чем ходьба живых четвероногих гомининов, но затраты на четвероногие и двуногие передвижения одинаковы.

Ступня

Человеческие ступни эволюционировали с увеличенными пятками, чтобы выдерживать вес, который также увеличился в результате эволюции. Человеческая ступня эволюционировала как платформа для поддержки всего веса тела, а не как захватывающая структура, как это было у ранних гоминидов . Поэтому у людей пальцы ног меньше, чем у их двуногих предков. Это включает в себя не противопоставленный большой палец , который перемещается вместе с другими пальцами ноги. Более того, у людей скорее свод стопы , чем плоскостопие. Когда человекообразные гоминиды ходят прямо, вес передается от пятки по внешней стороне стопы, а затем через средние пальцы ног, в то время как человеческая ступня передает вес с пятки по внешней стороне стопы через подушечку стопы. ступня и, наконец, большой палец ноги. Этот перенос веса способствует сохранению энергии во время передвижения .

Колено

Человеческие коленные суставы увеличены по той же причине, что и бедро - чтобы лучше поддерживать повышенное количество веса тела. Степень разгибания колена (угол между бедром и голенью в цикле ходьбы) уменьшилась. Изменяющийся характер угла наклона коленного сустава у людей показывает небольшой пик разгибания, называемый «двойным действием колена», в средней фазе. Двойное действие колен снижает потерю энергии при вертикальном перемещении центра тяжести. Люди ходят с прямыми коленями и согнутыми внутрь бедрами, так что колени находятся почти прямо под телом, а не в стороны, как это бывает у предков гоминидов. Этот тип походки также помогает сохранять равновесие.

Конечности

Увеличение длины ног с момента развития двуногости изменило работу мышц ног при вертикальной походке. У людей «толчок» к ходьбе исходит от мышц ног, действующих на лодыжку. Более длинная нога позволяет использовать естественное движение конечности, так что при ходьбе людям не нужно задействовать мышцы, чтобы повернуть другую ногу вперед для следующего шага. Как следствие, поскольку человеческие передние конечности не нужны для передвижения, они оптимизированы для переноски, удержания и манипулирования объектами с большой точностью. Это приводит к снижению силы передних конечностей по сравнению с размером тела у людей по сравнению с обезьянами. Длинные задние и короткие передние конечности позволяют людям ходить прямо, в то время как орангутаны и гиббоны привыкли к тому, что более длинные руки могут качаться на ветвях. Обезьяны могут стоять на задних конечностях, но не могут долго стоять, не уставая. Это потому, что их бедра не приспособлены к двуногому движению. У обезьян вертикальные бедренные кости, в то время как у людей бедра слегка наклонены медиально от бедра к колену, что делает человеческие колени ближе друг к другу и под центром тяжести тела. Эта адаптация позволяет людям зафиксировать колени и долго стоять прямо без особых усилий со стороны мускулов. Максимальная ягодичная мышца играет важную роль при ходьбе и является одной из самых больших мышц человека. У шимпанзе эта мышца намного меньше, что показывает, что она играет важную роль в двуногом мышлении. Когда люди бегут, наша вертикальная поза имеет тенденцию сгибаться вперед, когда каждая ступня ударяется о землю, создавая импульс вперед. Ягодичная мышца помогает предотвратить "качание вперед" или падение верхней части туловища.

Бедро и таз

Тазобедренные суставы современного человека больше, чем у четвероногих предков, чтобы лучше выдерживать большее количество веса тела, проходящего через них, а также имеют более короткую и широкую форму. Это изменение формы приблизило позвоночник к тазобедренному суставу, обеспечив стабильную основу для поддержки туловища при вертикальной ходьбе. Кроме того, поскольку двуногая ходьба требует, чтобы люди балансировали на относительно нестабильном шарнирном суставе , размещение позвоночника ближе к тазобедренному суставу позволяет людям вкладывать меньше мышечных усилий в балансировку . Изменение формы бедра могло привести к уменьшению степени разгибания бедра , к энергоэффективной адаптации. Подвздошная кость изменилась с длинной и узкой формы на короткую и широкую, а стенки таза были модернизированы, чтобы смотреть в сторону. Эти комбинированные изменения увеличивают площадь прикрепления ягодичных мышц; это помогает стабилизировать туловище при стоянии на одной ноге. Крестец также стал шире, увеличивая диаметр родовых путей и облегчая роды . Чтобы увеличить поверхность для прикрепления связок, чтобы поддержать внутренние органы живота во время прямой осанки, шипы Искьи стали более заметными и смещены к середине тела.

Позвоночник

Позвоночный столб человека изгибается вперед в поясничной (нижней) области и назад в грудной (верхней) области. Без поясничного изгиба позвоночник всегда наклонялся бы вперед, а это положение требует гораздо больших мышечных усилий для двуногих животных. При наклоне вперед люди прикладывают меньше мышечных усилий, чтобы стоять и ходить прямо. Вместе поясничный и грудной изгибы переносят центр тяжести тела прямо над ступнями. Кроме того, степень эрекции тела (угол наклона тела к вертикальной линии в цикле ходьбы) значительно меньше для экономии энергии.

Череп

Человеческий череп сбалансирован на позвоночнике: затылочное отверстие находится книзу под черепом, который ставит большую часть веса головки позади позвоночника. Кроме того, плоское человеческое лицо помогает удерживать равновесие на затылочных мыщелках . Из-за этого прямое положение головы возможно без выступающих надглазничных гребней и сильных мышечных прикреплений, которые есть, например, у обезьян. В результате у людей мышцы лба ( затылочно-лобные мышцы ) используются только для выражения лица. Увеличение размера мозга также сыграло важную роль в эволюции человека. Он начал увеличиваться около 2,4 миллиона лет назад, но современные уровни размера мозга были достигнуты лишь 500 000 лет назад. Зоологический анализ показал, что размер человеческого мозга значительно больше, чем можно было бы ожидать для его размера. На самом деле человеческий мозг в три-четыре раза больше, чем его ближайший родственник - шимпанзе.

Значение

Даже после значительных модификаций некоторые особенности человеческого скелета остаются плохо приспособленными к двуногому движению, что приводит к негативным последствиям, преобладающим у людей сегодня. Нижняя часть спины и коленные суставы страдают от остеологических нарушений, причем боль в пояснице является основной причиной потери рабочего дня, поскольку суставы поддерживают больший вес. Артрит стал проблемой с тех пор, как гоминиды стали двуногими: ученые обнаружили его следы в позвонках доисторических охотников-собирателей. Физические ограничения затрудняют изменение суставов для обеспечения большей устойчивости при сохранении эффективности передвижения.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки