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

Эволюция человек двуногие, который начался у приматов около четырех миллионов лет назад,[1] или еще семь миллионов лет назад с Сахелантроп,[2] или около 12 миллионов лет назад с Danuvius guggenmosi, привело к морфологический изменения в скелет человека включая изменения в расположении и размере костей стопы, бедро размер и форма, колено размер, нога длина, а также форма и ориентация позвоночник. В эволюционные факторы которые привели к этим изменениям, были предметом несколько теорий.[3]

Энергоэффективность

Человеческая ходьба примерно на 75% дешевле, чем четвероногая и двуногая ходьба у шимпанзе. Некоторые гипотезы подтверждают, что двуногие движения увеличивают энергетическую эффективность путешествия и что это важный фактор в происхождении 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.[4]

Оплачивать

Основная статья: Оплачивать

Человеческие ступни эволюционировали с увеличенными пятками, чтобы выдерживать вес, который также увеличился в результате эволюции.[5] Человек оплачивать превратилась в платформу для поддержки всего масса тела, а не действовать как захватывающая структура, как это было в гоминиды. Поэтому у людей пальцы ног меньше, чем у их двуногих предков. Это включает в себя не противопоставленные Hallux, который перемещается вместе с другими пальцами.[6] Более того, у людей есть нога арка а не плоскостопие.[6] Когда гоминиды, не являющиеся людьми, ходят прямо, вес передается от пятка, вдоль внешней стороны стопы, а затем через средние пальцы ног, в то время как человеческая ступня передает вес от пятки по внешней стороне стопы через подъем свода стопы и, наконец, через большой палец ноги. Этот перенос веса способствует энергосбережение в течение движение.[1][7]

Колено

Основная статья: Колено

Человек колено суставы увеличены по той же причине, что и тазобедренные суставы - чтобы лучше выдерживать повышенную массу тела.[6] 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 движении центра тяжести.[1] Люди ходят с прямыми коленями и бедра согнуты внутрь 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.[6]

Конечности

Основные статьи: Человеческая нога и верхняя конечность

Увеличение длины ног с момента развития двуногого мышления 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.[6] Как следствие, поскольку человеческие передние конечности не нужны для передвижения, они оптимизированы для переноски, удержания и манипулирования объектами с большой точностью.[8]Это приводит к снижению силы передних конечностей по сравнению с размером тела у людей по сравнению с обезьянами.[9] 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.[10] 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 длительное время стоять прямо без особых усилий со стороны мышц.[11] Максимальная ягодичная мышца играет важную роль при ходьбе и является одной из крупнейших мышц человека. У шимпанзе эта мышца намного меньше, что показывает, что она играет важную роль в двуногом мышлении. Когда люди бегают, 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.[12]

Бедро и таз

Основные статьи: Бедро (анатомия) и Таз

Современный человек бедро суставы больше, чем в четвероногий предковые виды чтобы лучше выдерживать большее количество веса тела, проходящего через них,[6] а также иметь более короткую и широкую форму. Это изменение формы принесло позвоночник ближе к тазобедренному суставу, обеспечивая устойчивую основу для поддержки туловища при ходьбе в вертикальном положении.[13] Кроме того, поскольку ходьба на двух ногах требует от человека равновесия на относительно нестабильной шаровое соединение, размещение позвоночника ближе к тазобедренному суставу позволяет людям тратить меньше мышечных усилий на балансировка.[6] Изменение формы бедра могло привести к уменьшению степени бедра. расширение, энергоэффективная адаптация.[1][12] 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 облегчение родов. Чтобы увеличить поверхность для прикрепления связок, чтобы поддерживать внутренние органы живота во время прямой осанки, шипы Искьи стали более заметными и смещены к середине тела.[14]

Позвоночник

Основная статья: Позвоночник

Позвоночный столб человека изгибается вперед в поясничной (нижней) области и изгибается 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.[13] Вместе поясничный и грудной изгибы переносят центр тяжести тела прямо над ступнями.[6] Также степень эрекции тела (угол наклона тела к вертикали в цикле ходьбы) значительно меньше.[1] для экономии энергии.

Череп

Основная статья: Человеческий череп

В человеческий череп сбалансирован на позвоночнике: большое затылочное отверстие расположен внизу под черепом, из-за чего большая часть веса головы оказывается позади позвоночника. Кроме того, плоское человеческое лицо помогает сохранять равновесие на затылочные мыщелки. Благодаря этому возможно прямое положение головы без выступающих надглазничные гребни и сильные мышечные прикрепления, например, у обезьян. В результате у человека мышцы лба ( затылочно-лобный ) используются только для выражения лица.[8] 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.[14]

Значимость

Даже после значительных модификаций некоторые особенности человеческого скелета остаются плохо адаптированными к двуногому движению, что приводит к негативным последствиям, распространенным сегодня у людей. Нижняя часть спины и коленные суставы страдают от остеологических нарушений, боли в пояснице являются основной причиной потери рабочего дня,[15] потому что суставы поддерживают больший вес. Артрит стал проблемой с тех пор, как гоминиды стали двуногими: ученые обнаружили его следы в позвонках доисторических охотников-собирателей.[15] Физические ограничения затрудняют изменение суставов для обеспечения большей устойчивости при сохранении эффективности передвижения.[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Кондо, Широ (1985). Предстоятель морфофизиологии, анализ опорно-двигательного аппарата, и человек бипедализм. Токио: Университет Токио Пресс. ISBN  4-13-066093-4.[страница нужна ]
  2. ^ Персонал (14 августа 2016 г.). «Что значит быть человеком? - Вертикальная ходьба». Смитсоновский институт. Получено 14 августа, 2016.
  3. ^ Кван Хён, Ко (2015). «Истоки двуногости». Бразильский архив биологии и технологий. 58: 929–34. arXiv:1508.02739. Дои:10.1590 / S1516-89132015060399.
  4. ^ Родман, Питер С .; МакГенри, Генри М. (1980). «Биоэнергетика и происхождение двуногих гоминидов». Американский журнал физической антропологии. 52: 103–06. Дои:10.1002 / ajpa.1330520113.
  5. ^ Harcourt-Smith, W.E.H .; Aiello, L.C. (2004). «Окаменелости, ноги и эволюция двуногого передвижения человека». Журнал анатомии. 204 (5): 403–16. Дои:10.1111 / j.0021-8782.2004.00296.x. ЧВК  1571304. PMID  15198703.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я Айелло, Лесли и Кристофер Дин (1990). Введение в эволюционную анатомию человека. Оксфорд: Elsevier Academic Press. ISBN  0-12-045591-9.[страница нужна ]
  7. ^ Латимер Б., Лавджой, CO (март 1989 г.). «Пяточная кость Australopithecus afarensis и ее значение для эволюции двуногости». Американский журнал физической антропологии. 78 (3): 369–86. Дои:10.1002 / ajpa.1330780306. PMID  2929741.
  8. ^ а б Саладин, Кеннет С. (2003). 3-й (ред.). Анатомия и физиология: единство формы и функции. Макгроу-Хилл. стр.286 –87. ISBN  0-07-110737-1.
  9. ^ Ерш Кристофер (октябрь 2003 г.). «Онтогенетическая адаптация к двуногому движению: возрастные изменения длины бедренной кости и плечевой кости и пропорции силы у людей по сравнению с павианом». Эволюция человека. 45 (4): 317–49. Дои:10.1016 / j.jhevol.2003.08.006.
  10. ^ Торп С.К., Холдер Р.Л., Кромптон Р.Х. (июнь 2007 г.). «Происхождение человеческого двуногого мышления как приспособление к передвижению по гибким ветвям». Наука. 316 (5829): 1328–31. Bibcode:2007Научный ... 316.1328Т. Дои:10.1126 / science.1140799. PMID  17540902.
  11. ^ Саладин, Кеннет С. "Глава 8" Анатомия и физиология: единство формы и функции. 5-е изд. Dubuque: McGraw-Hill, 2010. 281. Печать.
  12. ^ а б Lovejoy CO (ноябрь 1988 г.). «Эволюция ходьбы человека». Scientific American. 259 (5): 118–25. Bibcode:1988SciAm.259e.118L. Дои:10.1038 / scientificamerican1188-118. PMID  3212438.
  13. ^ а б Ван В., Кромптон Р. Х., Кэри Т. С. и др. (Декабрь 2004 г.). «Сравнение скелетно-мышечных моделей с обратной динамикой AL 288-1 Australopithecus afarensis и KNM-WT 15000 Homo ergaster с современными людьми, с последствиями для эволюции двуногости». Журнал эволюции человека. 47 (6): 453–78. Дои:10.1016 / j.jhevol.2004.08.007. PMID  15566947.
  14. ^ а б Виттман, Анна Блэкберн; Уолл, Л. Льюис (2007). «Эволюционное происхождение затрудненных родов: двуногие, энцефализация и акушерская дилемма человека». Акушерско-гинекологический осмотр. 62: 739–48. Дои:10.1097 / 01.ogx.0000286584.04310.5c. PMID  17925047.
  15. ^ а б Джейкоб К. Коэлла; Стернс, Стивен К. (2008). Эволюция здоровья и болезней. США: Издательство Оксфордского университета. ISBN  0-19-920746-1.[страница нужна ]

дальнейшее чтение

внешняя ссылка