Ученые выяснили что ходьба с пятки помогала предкам человека тратить меньше энергии
Ученые выяснили, что ходьба с постановкой стопы на пятку помогала предкам человека экономить до 41% энергии и преодолевать большие расстояния. При этом такой способ передвижения создавал повышенную нагрузку на кости и суставы.
МОСКВА, 8 сентября./Новости науки/. Ученые выяснили, что ходьба с постановкой стопы на пятку помогала предкам человека тратить меньше энергии при передвижении и преодолевать большие расстояния, несмотря на более высокую нагрузку на кости и суставы. Об этом говорится в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Исследователи установили, что такой стиль ходьбы позволяет современным людям экономить примерно от 26% до 41% метаболической энергии, которая потребовалась бы для ходьбы с опорой на переднюю часть стопы, однако приводит к более высоким ударным нагрузкам, что потребовало более крупных и прочных костей и суставов — более поздних адаптаций, которые позволили ранним людям безопасно и последовательно преодолевать большие расстояния», — говорится в сообщении.
Ученые сравнили особенности ходьбы людей и шимпанзе — ближайших ныне живущих родственников человека. Ранее считалось, что оба вида используют схожий способ постановки стопы с первоначальным касанием поверхности пяткой.
Наблюдения показали, что шимпанзе используют разные способы постановки стопы и чаще приземляются на ее боковую или переднюю часть. При ходьбе на двух ногах они ставят ногу на пятку реже, чем при передвижении на четырех конечностях. Люди, напротив, при обычной ходьбе во всех исследованных случаях сначала касались поверхности пяткой.
По мнению авторов работы, наиболее ранние предки человека могли передвигаться сходным с шимпанзе образом — менее последовательно, иногда начиная шаг с передней части или всей поверхности стопы, а иногда с пятки. Такой способ требовал больше энергии и, вероятно, ограничивал расстояния, которые они могли преодолевать.
Энергия и нагрузка
Ходьба с пятки позволяет человеку перекатывать стопу от ее задней части к передней, делая движение более эффективным. При этом такой способ увеличивает скорость нарастания нагрузки на ноги. Авторы исследования считают, что в ходе эволюции человеку потребовались анатомические изменения, которые позволили безопасно переносить подобное воздействие.
«Похоже, людям потребовалось развить анатомические адаптации — более толстые пяточные кости и более крупные коленные и голеностопные суставы — чтобы справляться с этими высокими нагрузками», — говорится в сообщении
Ученые предполагают, что появление устойчивой ходьбы с пятки могло способствовать развитию поведения, связанного с охотой и собирательством. Такие способы добычи пищи требуют ежедневно преодолевать значительные расстояния, поэтому снижение энергетических затрат давало ранним людям преимущество.
Для изучения походки шимпанзе исследователи использовали высокоскоростные камеры высокого разрешения и дорожку длиной около 36 футов, оборудованную металлическими платформами для измерения силы воздействия. В основном эксперименте участвовали три самца шимпанзе, которые передвигались на двух и четырех конечностях. Кроме того, ученые использовали данные еще по 15 шимпанзе из других исследований.
Эксперименты с людьми проводились с участием 12 добровольцев. Девять из них ходили босиком по дорожке длиной около 25 футов сначала обычным способом, а затем изменяли походку, имитируя предпочтительный для шимпанзе вариант — касались поверхности передней частью стопы возле мизинца и только затем опускали пятку.
Участники также ходили по беговой дорожке с портативной системой, которая измеряла потребление кислорода и выделение углекислого газа. Эти данные позволили ученым определить затраты энергии при разных способах ходьбы.
При обычной походке все шаги людей начинались с пятки, причем угол соприкосновения стопы с поверхностью мало различался как у одного человека, так и между разными участниками. У шимпанзе диапазон углов постановки стопы оказался в 2,4–8,6 раза шире.
Исследователи также установили, что постановка ноги на пятку создает значительно более высокие ударные нагрузки. У шимпанзе, передвигавшихся на двух ногах, скорость нарастания такой нагрузки при постановке на пятку была до 138% выше, чем при постановке на среднюю часть стопы. У людей разница достигала 162%. При этом ходьба с пятки позволяла участникам расходовать на 26–41% меньше метаболической энергии.
Авторы работы отмечают, что организм современного человека эволюционно приспособлен к таким нагрузкам. При этом влияние современных твердых дорожных покрытий на сложившийся баланс между эффективностью ходьбы и воздействием на опорно-двигательную систему ученые намерены изучать в дальнейшем.
«Исследователи установили, что такой стиль ходьбы позволяет современным людям экономить примерно от 26% до 41% метаболической энергии, которая потребовалась бы для ходьбы с опорой на переднюю часть стопы, однако приводит к более высоким ударным нагрузкам, что потребовало более крупных и прочных костей и суставов — более поздних адаптаций, которые позволили ранним людям безопасно и последовательно преодолевать большие расстояния», — говорится в сообщении.
Ученые сравнили особенности ходьбы людей и шимпанзе — ближайших ныне живущих родственников человека. Ранее считалось, что оба вида используют схожий способ постановки стопы с первоначальным касанием поверхности пяткой.
Наблюдения показали, что шимпанзе используют разные способы постановки стопы и чаще приземляются на ее боковую или переднюю часть. При ходьбе на двух ногах они ставят ногу на пятку реже, чем при передвижении на четырех конечностях. Люди, напротив, при обычной ходьбе во всех исследованных случаях сначала касались поверхности пяткой.
По мнению авторов работы, наиболее ранние предки человека могли передвигаться сходным с шимпанзе образом — менее последовательно, иногда начиная шаг с передней части или всей поверхности стопы, а иногда с пятки. Такой способ требовал больше энергии и, вероятно, ограничивал расстояния, которые они могли преодолевать.
Энергия и нагрузка
Ходьба с пятки позволяет человеку перекатывать стопу от ее задней части к передней, делая движение более эффективным. При этом такой способ увеличивает скорость нарастания нагрузки на ноги. Авторы исследования считают, что в ходе эволюции человеку потребовались анатомические изменения, которые позволили безопасно переносить подобное воздействие.
«Похоже, людям потребовалось развить анатомические адаптации — более толстые пяточные кости и более крупные коленные и голеностопные суставы — чтобы справляться с этими высокими нагрузками», — говорится в сообщении
Ученые предполагают, что появление устойчивой ходьбы с пятки могло способствовать развитию поведения, связанного с охотой и собирательством. Такие способы добычи пищи требуют ежедневно преодолевать значительные расстояния, поэтому снижение энергетических затрат давало ранним людям преимущество.
Для изучения походки шимпанзе исследователи использовали высокоскоростные камеры высокого разрешения и дорожку длиной около 36 футов, оборудованную металлическими платформами для измерения силы воздействия. В основном эксперименте участвовали три самца шимпанзе, которые передвигались на двух и четырех конечностях. Кроме того, ученые использовали данные еще по 15 шимпанзе из других исследований.
Эксперименты с людьми проводились с участием 12 добровольцев. Девять из них ходили босиком по дорожке длиной около 25 футов сначала обычным способом, а затем изменяли походку, имитируя предпочтительный для шимпанзе вариант — касались поверхности передней частью стопы возле мизинца и только затем опускали пятку.
Участники также ходили по беговой дорожке с портативной системой, которая измеряла потребление кислорода и выделение углекислого газа. Эти данные позволили ученым определить затраты энергии при разных способах ходьбы.
При обычной походке все шаги людей начинались с пятки, причем угол соприкосновения стопы с поверхностью мало различался как у одного человека, так и между разными участниками. У шимпанзе диапазон углов постановки стопы оказался в 2,4–8,6 раза шире.
Исследователи также установили, что постановка ноги на пятку создает значительно более высокие ударные нагрузки. У шимпанзе, передвигавшихся на двух ногах, скорость нарастания такой нагрузки при постановке на пятку была до 138% выше, чем при постановке на среднюю часть стопы. У людей разница достигала 162%. При этом ходьба с пятки позволяла участникам расходовать на 26–41% меньше метаболической энергии.
Авторы работы отмечают, что организм современного человека эволюционно приспособлен к таким нагрузкам. При этом влияние современных твердых дорожных покрытий на сложившийся баланс между эффективностью ходьбы и воздействием на опорно-двигательную систему ученые намерены изучать в дальнейшем.
