Гипотеза бега на выносливость - Endurance running hypothesis

В гипотеза бега на выносливость это гипотеза что эволюцию определенных характеристик человека можно объяснить адаптацией к бегу на длинные дистанции.^[1][2] Гипотеза предполагает, что бег на выносливость сыграл важную роль в раннем гоминины в получении еды. Исследователи предположили, что бег на выносливость начался как адаптация к уборке мусора, а затем и к настойчивость охота.

Анатомо-физиологические адаптации

Бег против ходьбы

Многие исследования посвящены механике того, как двуногий ходьба эволюционировала в род Гомо. Однако было проведено мало исследований, чтобы изучить, как возникли специфические приспособления к бегу и как они повлияли на эволюцию человека.

Небольшое исследование, посвященное бегу человека, дает много доказательств того, что функции и структуры организма улучшают только бег и не используются при ходьбе. Это говорит о том, что бег был адаптацией, а не побочным продуктом ходьбы.

Бег и ходьба включали в себя разные биомеханизмы. Ходьба требует «перевернутого маятника», в котором центр масс тела смещается над вытянутой ногой, чтобы при каждом шаге обмениваться потенциальной и кинетической энергией.^[2] Бег включает в себя механизм «массовой пружины» для обмена потенциальной и кинетической энергией с использованием сухожилий и связок. Сухожилия и связки - это эластичные ткани, хранящие энергию. Они растягиваются, а затем высвобождают энергию при отдаче. Этот пружинный механизм становится менее затратным с точки зрения энергии на более высоких скоростях и, следовательно, более эффективен, чем перевернутый маятник механики ходьбы при движении с большей скоростью.^[2] Однако сухожилия и связки не обеспечивают этих преимуществ при ходьбе.

Хотя массовый пружинный механизм может быть более энергетически выгодным на более высоких скоростях, он также приводит к увеличению сил реакции земли.^[2] и менее стабилен, потому что в нем больше движений и раскачиваний конечностей и корпуса. Опорные силы и качки тела - меньшая проблема при ходьбе, где положение центра масс тела меняется меньше, что делает ходьбу более стабильной по своей природе. В ответ на дестабилизацию беговой походки человеческое тело, по-видимому, развило адаптации для увеличения стабилизации, а также для механизма масса-пружина в целом. Эти приспособления, описанные ниже, являются свидетельством выбора для бега на выносливость.

Скелетные доказательства

Многие исследователи сравнивают скелетные структуры ранних гомининов, таких как Австралопитек к тем из Гомо чтобы определить структурные различия, которые могут иметь значение для бега на выносливость.

Затылочная связка: Поскольку голова отделена от плеч, рано Гомо нужен способ стабилизировать голову. Затылочная связка является важным элементом стабилизации головы. Он начинается на средней линии затылок и соединяется с верхним трапеция. Эта связка также важна с точки зрения археологических находок, потому что она оставляет небольшое углубление и гребень в черепе, что позволяет исследователям увидеть, есть ли у разных видов затылочная связка. Возможность увидеть следы связок на археологических находках встречается редко, потому что они быстро разрушаются и часто не оставляют следов. В случае с затылочной связкой следы ее существования остаются с наличием гребня черепа. Потому что ни Австралопитек ни Сковорода был сделан вывод, что эта особенность уникальна для Гомо.^[3] Поскольку затылочная связка активируется только во время бега, о степени бега можно судить по шероховатости прикрепления мышц. В случае Человек прямоходящий и неандертальцев, присутствуют очень сильные отметины на затылочных связках, но они менее выражены у современных людей, что указывает на снижение бегового поведения.^[3]

Затылочная связка Homo sapiens

Стабилизация плеч и головы: Скелет человека отличается от скелета ранних гомининов тем, что между грудной пояс части плеч, верхней части спины и головы, что было бы полезно для лазания, но препятствовало бы движениям верхней части тела, необходимым для противодействия движению ног и, следовательно, стабилизации тела и головы при беге. Эта стабилизация не нужна при ходьбе.

Длина и масса конечностей: Гомо имеет более длинные ноги по сравнению с массой тела, что помогает снизить энергетические затраты на бег, поскольку время контакта с землей увеличивается.^[2] Также наблюдается уменьшение массы дистальных частей конечностей человека, что, как известно, снижает метаболические затраты при беге на выносливость, но мало влияет на ходьбу.^[2] Дополнительно масса верхних конечностей тела в Гомо значительно уменьшилась по сравнению с общей массой тела, что важно для уменьшения усилий по стабилизации рук во время бега.

Совместная поверхность: Люди эволюционировали, чтобы поглощать сильные удары и нагрузки на скелетную структуру во время бега. Сила удара, воздействующая на тело, может достигать в 3-4 раза веса тела при беге на выносливость, подвергая скелетную структуру большой нагрузке. Чтобы уменьшить этот стресс, люди увеличили поверхность суставов по сравнению с массой тела, чтобы распространять силу на большие площади поверхности, особенно в нижней части тела.^[2] Эта адаптация, которая позволяет людям поглощать большой удар и силу, приложенную к скелету, не наблюдается в скелетных структурах австралопитеков.

Подошвенная дуга: В подошвенная дуга в стопе человека есть функция упругой пружины, которая генерирует энергию для бега, но не для ходьбы.^[2] В окаменелостях стопы австралопитека видна только частичная дуга, что свидетельствует о меньшей пружинящей способности. Для полноценного функционирования пружинного механизма подошвенной дуги также должно быть ограничено вращение в задней и передней частях стопы. Это ограничение возникает из-за выступа костей пальца ноги и уплотненных структур суставов средней части стопы у людей, которые не проявляются до тех пор, пока Homo habilis.^[2]

Бугор пяточной кости и ахиллово сухожилие: Исследования изучали пяточный бугорок, заднюю половину пяточной кости, как коррелятор пяточное сухожилие длины и обнаружили корреляцию между длиной пяточного бугра и длиной ахиллова сухожилия. Поскольку более короткая длина пяточного бугра приводит к большему растяжению ахиллова сухожилия, больше кинетической энергии преобразуется в энергию упругости, что в целом приводит к лучшему. бегущая экономика. Сравнение неандертальцев и современных людей показывает, что эта адаптация отсутствовала у неандертальцев, что привело исследователей к выводу, что возможности бега на выносливость могли быть улучшены у анатомически современных людей.^[4]

• 

  Calcaneus

Более короткие пальцы ног: Пальцы ног у людей прямые и чрезвычайно короткие по сравнению с размером тела по сравнению с другими животными. Во время бега пальцы ног поддерживают от 50 до 75% массы тела человека. Импульс и механическая работа увеличивается у людей по мере увеличения длины пальцев стопы, показывая, что иметь более короткие пальцы ног энергетически выгодно. Стоимость более коротких пальцев заключается в уменьшении возможностей захвата и выходной мощности. Однако выгоды от эффективности, похоже, перевешивают эти затраты, поскольку A. afarensis останки были короче человекообразных обезьян, но на 40% длиннее современных людей, а это означает, что наблюдается тенденция к укорочению пальцев ног по мере того, как виды приматов уходят от жилищ на деревьях. Это 40% увеличение длины пальцев стопы теоретически вызовет сгибательный импульс в 2,5 раза больше, чем у современного человека, что потребует вдвое больше механической работы для стабилизации.^[5]

Стабилизация

Полукружный канал: В полукружный канал, серия из трех соединенных между собой трубок внутри каждого уха, важна для определения угловых вращений головы и, таким образом, играет решающую роль в поддержании баланса, а также в распознавании и координации движений. Сравнительные исследования показали, что животные с более крупными полукружными каналами способны чувствовать больший диапазон движений головы и, следовательно, обладают большей скоростью и ловкостью. Эволюционно значительно уменьшенные диаметры полукружных каналов очевидны у неандертальцев, но расширились у современных людей, предполагая, что эта адаптация была выбрана в ответ на повышенную выносливость бега.^[4]

Вестибулоокулярные рефлексы (VOR): VORs активируются мышцами глаза, которые воспринимают угловые ускорения головы и регулируют движения глаз для стабилизации этих изображений. Это была важная адаптация для бега, потому что она позволяла Гомо чтобы более четко видеть во время резких движений по качке, которые происходят во время бега.^[3]

Ягодичные мышцы: В большая ягодичная мышца в человек прямоходящий значительно больше, чем у Австралопитек. Он приспособлен для поглощения и возврата силы, как пружина, поскольку тело колеблется вертикально при каждом шаге. Ягодичные мышцы такого размера и силы не нужны для ходьбы.

Подвздошный отдел позвоночника: Гомо имеет расширенные области на крестце и задней подвздошной ости для лучшего прикрепления мышц. Эти области используются для стабилизации корпуса и уменьшения наклона тела вперед, вызванного бегом.

Повышенная эффективность

Терморегуляция

В дополнение к достижениям в структуре скелета и стабилизации, адаптации, которые привели к повышению эффективности рассеивания тепла, сыграли важную роль в развитии выносливости в беге. Гомо.^[1] Продолжительность бега животного определяется его способностью выделять больше тепла, чем выделяется во избежание смертельных температур.

Большинство млекопитающих, включая человека, полагаются на испарительное охлаждение для поддержания температуры тела. Большинство млекопитающих среднего и крупного размера полагаются на дыхание, в то время как люди полагаются на потливость, чтобы рассеять тепло. Преимущества дыхания включают более прохладную поверхность кожи, небольшую потерю соли и потерю тепла из-за принудительной конвекции вместо использования ветра или других средств конвекции. С другой стороны, потоотделение выгодно тем, что испарение происходит на гораздо большей площади поверхности (кожи) и не зависит от дыхания, поэтому это гораздо более гибкий способ охлаждения во время интенсивной активности, такой как бег. Поскольку потовые железы человека находятся под более высоким уровнем нейронального контроля, чем у других видов, они позволяют выделять больше пота на единицу площади поверхности, чем любые другие виды. Теплоотдача более поздних гомининов также увеличивалась за счет уменьшения количества волос на теле.^[1] Избавившись от изолирующей шубы, бегущие люди лучше отводят тепло, выделяемое при выполнении упражнений.

В дополнение к улучшенной терморегуляции, гоминины разработали улучшенный метод дыхания, соответствующий требованиям бега. Из-за их ориентации на дыхание четвероногих млекопитающих влияют скелетные и мышечные напряжения, возникающие при беге. Кости и мышцы грудной полости не только отвечают за амортизацию, но также подвергаются постоянному сжатию и расширению во время бегового цикла. Из-за этого движения четвероногие ограничены одним вдохом за один локомоторный цикл и, следовательно, должны координировать свою беговую походку и частоту дыхания.^[1] Эта тесная координация затем превращается в другое ограничение: конкретную скорость бега, которая является наиболее энергетически выгодной. Однако прямая ориентация двуногих гомининов освобождает их от этого ограничения дыхательной походки. Поскольку их грудные полости не сжимаются напрямую и не участвуют в движении, гоминины могут изменять характер своего дыхания в зависимости от походки.^[1] Такая гибкость в частоте дыхания и беговой походке способствует тому, что гоминины имеют более широкий диапазон энергетически выгодных скоростей бега.

Хранение и использование энергии

В периоды продолжительных физических упражнений животные зависят от комбинации двух источников топлива: гликоген хранится и в мышцах, и в печени, и в жире. Поскольку гликоген окисляется легче, чем жир, он сначала истощается. Однако в течение более длительных периодов времени энергетические потребности требуют, чтобы жировые запасы использовались в качестве топлива. Это верно для всех млекопитающих, но у гомининов, а позднее и у современных людей, есть преимущество в том, что они могут изменять свой рацион, чтобы удовлетворить эти продолжительные потребности в энергии.

В дополнение к гибкости в использовании энергии гоминины эволюционировали более крупными. щитовидная железа и надпочечник железы, которые позволяют им более легко и эффективно использовать энергию углеводов и жирных кислот. Эти органы отвечают за высвобождение гормонов, включая адреналин, норэпинефрин, адренокортикотропный гормон (АКТГ), глюкагон и тироксин. Более крупные железы позволяют увеличить производство этих ключевых гормонов и, в конечном итоге, максимально использовать накопленное топливо.^[1]

Взятые вместе, гибкость диеты и повышенное использование топлива усиливают ранее упомянутый вывод о том, что, в отличие от четвероногих, у гомининов нет единой энергетически оптимальной скорости бега. Для четвероногих увеличение скорости бега означает увеличение потребности в кислороде и топливе. Благодаря строению скелета и двуногости гоминины могут свободно бегать энергично в более широком диапазоне скоростей и походок, сохраняя при этом постоянный уровень потребления энергии примерно 4,1 МДж на 15 км. Таким образом, их использование энергии значительно улучшается.^[1]

Бег на выносливость и уборка мусора

Все вышеупомянутые адаптации позволили Homo более эффективно добывать пищу. Бег на выносливость можно было использовать как средство получения доступа к далеким тушам или продовольственным магазинам быстрее, чем другие падальщики и / или плотоядные животные. Уборка мусора могла принимать одну или обе формы: конъюнктурная уборка и стратегическая уборка.

Ранний Homo почти наверняка собирал мусор оппортунистически. Сбор мусора считается оппортунистическим, когда кто-то «наталкивается на туши во время [их] повседневной деятельности по добыче пищи».^[3]

Стратегическая уборка мусора предполагает плановый поиск трупов. Такой стиль уборки мусора выиграл бы от выносливого бега гораздо больше, чем от оппортунистического сбора мусора. Стратегическая добыча мусора предполагала использование дальних сигналов, таких как птицы, кружащие над головой. В этих условиях бег на выносливость был бы предпочтительным, потому что он позволял гомининам быстрее добраться до туши. Давление отбора было бы очень высоким для стратегической добычи мусора, потому что гоминины вели дневной образ жизни, а их основные конкуренты (гиены, львы и т. Д.) - нет. Таким образом, им пришлось бы использовать дневные туши. Давление отбора также исходило из слабости Homo. Поскольку они были очень слабыми, они вряд ли смогли бы побороть любую крупную конкуренцию на туше. Этот факт привел к еще большей потребности в способе добраться до туши раньше этих конкурентов.^[3]

Бег на выносливость и охота на упорство

Охота с упорством - это «форма преследования, в которой [охотник использует] выносливость в полуденной жаре, чтобы загнать [добычу] в гипертермия и истощение, чтобы их можно было легко убить ".^[1][3] Многие сомневаются в правдоподобности настойчивой охоты, когда лук и стрелы и другие технологии были намного эффективнее. Однако в раннем каменном веке (ESA) копья были только заточенным деревом, и гоминины еще не использовали инструменты. Отсутствие наконечников копий или луков означало, что они могли охотиться только с очень близкого расстояния - от 6 до 10 метров.^[6] Таким образом, гоминины должны были выработать способ наносить удар жертве с близкого расстояния, не причиняя себе серьезных телесных повреждений. Охота с упорством облегчает убийство животного, сначала доводя его до изнеможения, чтобы оно больше не могло нанести ответный удар.

Охотники за упорством охотятся посреди дня, когда наиболее жарко. Охотники выбирают единственную цель и преследуют ее со скоростью между рысью и галопом, что крайне неэффективно для животного. Затем охотник продолжает преследование в течение нескольких часов, в течение которых он может потерять животное из виду. В этом случае охотник должен использовать следы и понимание животного, чтобы продолжить погоню. Добыча в конечном итоге перегревается и перестает убегать. Гомо, который не перегревается так быстро из-за своих превосходных терморегулирующих способностей, может нанести удар жертве, когда она выведена из строя и не может атаковать.

Отслеживание и бег

Из-за сложности слежения за убегающим животным, методы слежения должны были быть предпосылкой для использования выносливости в охоте с упорством. Ученые утверждают, что ранние методы отслеживания были разработаны на открытой местности с редкой растительностью, такой как Пустыня Калахари в южной части Африки. Это «системное отслеживание» включает простое отслеживание следов животных и, скорее всего, использовалось для отслеживания видов пастбищ на мягком грунте. Остатки скелетов позволяют предположить, что в период среднего каменного века гоминины использовали системное отслеживание для поиска животных среднего размера в растительном покрове, но для охоты на антилоп на более открытых лугах. От среднего каменного века до позднего каменного века методы отслеживания превратились в так называемое «умозрительное отслеживание». Когда следов было нелегко найти и проследить, Гомо предсказал, где наиболее вероятно можно было найти следы, и интерпретировал другие признаки для обнаружения добычи.^[7] Этот продвинутый метод слежения позволял использовать добычу в различных ландшафтах, делая более вероятным бег на выносливость для настойчивой охоты.

Процесс отслеживания может длиться много часов и даже дней в случае очень крупных млекопитающих. Часто охотникам приходится бежать за животным, чтобы не отставать. Параметры скелета большеберцовой кости людей и неандертальцев раннего современного периода сравнивали с бегунами, и это удивительно показывает, что эти люди бегали даже больше, чем современные бегуны по пересеченной местности.^[8] В частности, европейские неандертальцы, Гоминины Схул и Кафзех, и Поздний каменный век Хойсан очень высокий балл по сравнению с бегунами. Это согласуется с современными наблюдениями за койсанами, которые обычно часами бегают за животными, ранеными из стрел.

Примеры настойчивых охотников

Несмотря на то, что точные даты и методы охоты на упорство трудно изучить, было зарегистрировано несколько недавних сообщений об охоте на упорство. Племена в пустыне Калахари в Ботсване, как известно, используют выносливость бега, чтобы собирать добычу и охотиться на нее. На открытой местности племена ксо и гви преследуют медленно движущихся животных, таких как трубкозуб и дикобразы, а в более жаркое время дня они нацеливаются на таких животных, как канна, куду, гемсбок, Hartebeest, Duiker, Steenbok, гепард, каракал, и Африканские дикие кошки. В дополнение к этим существующим африканским племенам было высказано предположение, что Люди тараумара в Мексике и Люди пайютов и Навахо на юго-западе Америки использовали настойчивую охоту для поимки добычи, включая оленей и вилорог. В Аборигены в Австралии, как известно, охотились на кенгуру аналогичным образом.^[7] Из-за возросшей доступности оружия, питания, устройств слежения и транспортных средств можно утверждать, что настойчивая охота больше не является эффективным методом охоты на животных для пропитания. Тем не менее, есть примеры подобной практики в наше время: ксо и гви в центральном Калахари до сих пор практикуют настойчивую охоту и разработали передовые методы для этого. Точно так же русский Семья Лыковых прожившие в изоляции 40 лет также использовали настойчивую охоту из-за отсутствия оружия.^[9]

• 

  Красный Hartebeest

• 

  Куду

• 

  Gemsbok

В культуре и фольклоре

В устных традициях Хадза, изолированные абориген люди из охотники-собиратели живущий в Танзания, то Тлаатланебе во второй их народной истории эпоха практиковал это.

В первую эпоху мир населяли большие волосатые гуманоиды, которых называли Акакаанебе («предки»), которые еще не владели инструментами или огнем. Они просто "смотрели" на игру, пока она не упала замертво, имея в виду либо уборка мусора или рано настойчивость охота без оружия, или их комбинация. Они не строили домов, а спали под деревьями.

Однако тлаатланебы второй эпохи были большими, но без волос и жили в пещерах. Поскольку животные стали более настороженно относиться к людям из-за более ранней охоты, теперь их нужно было преследовать и охотиться с собаками.^[10]

Критика

Хотя существуют доказательства, подтверждающие отбор по морфологии человека для улучшения способности к бегу на выносливость, существуют некоторые споры о том, были ли экологические преимущества использования мусора и настойчивого охотничьего поведения при поиске пищи движущей силой этого развития.

Большинство аргументов против настойчивой охоты и поведения мусорщика связаны с тем фактом, что палеобитания и палеоэкология раннего Гомо не способствовали такому поведению. Считается, что самые ранние представители Гомо жили в африканских саваннах-лесах.^[11] Эта среда состояла из открытых пастбищ, а также участков с густой растительностью - промежуточного звена между лесом и открытыми саваннами. Наличие такого покрытия деревьев уменьшит видимость и потребует навыков слежения. Это создает проблемы для гипотезы о настойчивой охоте и беге для помощи в уборке мусора.

Против настойчивой охоты

Копытные из археологических находок известно, что они были главной добычей ранних Гомои, учитывая их большую скорость, они легко смогли бы обогнать ранних гомининов. Скорость копытных в сочетании с переменной видимостью саванн-лесов означала, что для охоты на выносливость требовалось умение выслеживать добычу. Пикеринг и Банн утверждают, что выслеживание является частью сложного набора когнитивных навыков, которого у древних гомининов не было бы, и что даже если бы они шли по кровавому следу, оставленному раненым копытным - что, возможно, было в их когнитивных способностях, - способность Технология изготовления проникающих снарядов отсутствовала у ранних гомининов.^[11]

Было высказано предположение, что современные охотники в Африке не используют настойчивую охоту в качестве метода добычи и чаще всего отказываются от погони, когда след, по которому они шли, заканчивается растительностью.^[11] Редкие группы охотников, которые время от времени участвуют в настойчивой охоте, могут это сделать из-за чрезвычайно жаркой и открытой окружающей среды. В этих группах после охоты требуется полный день отдыха и восстановления, что указывает на то, что охота с упорством наносит большой урон телу, что делает ее редкостью.^[11]

Наконец, критикуя исследования Либенберга о современной настойчивой охоте, было выявлено, что большинство инициированных охоты было направлено на съемку, а не спонтанно, и что немногие из этих охот были успешными. Успешные охоты были связаны с внешними факторами, такими как способность охотников останавливаться и наполнять бутылки водой.^[11]

Ответ на эту критику был сформулирован Либерманом и др.,^[12] отмечая, что непонятно, как люди могли вырасти и занять новую нишу в качестве дневных социальных хищников без настойчивой охоты, поскольку оружие, предпочитаемое в современных племенах охотников-собирателей, не было бы доступно в то время.

Против уборки мусора

Предлагаемое преимущество выносливости в поисках пищи - это способность ранних гомининов превосходить других падальщиков в поисках источников пищи.^[11] Однако палеоантропологические исследования показывают, что среда обитания саванна-лес вызвала очень слабую конкуренцию. Из-за плохой видимости трупы млекопитающих не могли легко найти, что привело к снижению конкуренции.

Рекомендации

внешняя ссылка

• Гипотеза бега на выносливость, идея о том, что люди эволюционировали как бегуны на длинные дистанции, может иметь ноги благодаря новому исследованию пальцев ног - SEED Magazine