Изменения скелета человека в результате перехода к прямохождению

Переход гоминид к прямохождению начался от четырёх до семи миллионов лет назад. Этот переход привёл к морфологическим изменениям в скелете человека, в том числе к изменениям размера и расположения костей стопы, размера и формы тазобедренного и коленного суставов, длины и формы ног, а также формы позвоночника. Существует несколько теорий, объясняющих эволюцию этих изменений.

Энергетическая эффективность

Прямохождение человека на 75 % более экономично, по сравнению с передвижением шимпанзе как на четырёх, так и на двух конечностях. Некоторые гипотезы утверждают, что именно этот фактор сыграл главную роль в переходе к прямохождению.

Изменения скелета

Ноги

Переход к прямохождению привёл к развитию увеличенной пяточной части ног, необходимой для поддержания равновесия при ходьбе и поддержанию увеличившегося веса тела. Изменилась также форма стопы: большой палец на ногах, располагавшийся у ранних гоминид так же, как на руках, поменял расположение, встав на одну линию с другими пальцами стопы. Кроме того, стопа выгнулась, образовав арку в отличие от плоских стоп гоминид. Все эти изменения способствуют экономии энергии во время передвижения.

Бедро

Тазобедренный сустав человека существенно больше, чем у гоминид, что обеспечивает поддержку тела большего веса. Эти изменения приблизили позвоночник к тазу, что увеличило устойчивость при прямохождении и сократило расход энергии на поддержание равновесия при ходьбе.

Форма подвздошной кости изменилась с длинной и узкой на короткую и широкую, при этом кости таза расположились горизонтально, образуя так называемые крылья. В совокупности эти изменения обеспечивают увеличение площади крепления ягодичных мышц, что помогает стабилизировать торс при стоянии на одной ноге. Крестец также увеличился в ширину, что привело к увеличению диаметра родового канала и облегчило роды. Седалищные кости увеличились, что улучшило крепление связок, поддерживающих брюшную полость при прямохождении.

Колено

Коленные суставы увеличились по той же причине, что и суставы бедра, а именно, для поддержания увеличенного веса тела. Угол разгибания колена (угол между бедром и голенью, образуемый при ходьбе) уменьшился. Изменение формы коленного сустава позволило уменьшить потери энергии на вертикальное перемещение центра тяжести при передвижении.

Конечности

Увеличение длины ног по мере развития прямохождения привело к изменениям в работе мышц. Усилие, необходимое при ходьбе, передаётся от мышц ног через лодыжку. Длинные ноги позволяют использовать при ходьбе естественное колебательное движение конечностей, поэтому не требуются дополнительные мышцы для передвижения вперёд другой ноги для следующего шага.

Верхние (передние) конечности, исключённые из процесса передвижения, видоизменились таким образом, что их стало возможно использовать для удержания предметов и тонких манипуляций с предметами. Это привело к снижению относительной силы верхних конечностей человека по сравнению с другими гоминидами. С переходом к прямохождению увеличилась роль ягодичных мышц, ставших одной из самых крупных мышц в организме человека. У шимпанзе эти мышцы намного меньше, что доказывает важную роль этой группы мышц в прямохождении. Ягодицы также препятствуют опрокидыванию корпуса вперёд во время бега.

Череп

Человеческий череп уравновешен на позвоночнике: большое затылочное отверстие находится в нижней части черепа, что переносит значительную часть веса головы назад. Кроме того, плоская форма человеческого лица помогает сохранять равновесие черепа на затылочных мыщелках, благодаря чему поддержание головы возможно без дополнительных мышц и развитых надбровных дуг, наблюдаемых у человекообразных обезьян. В результате у человека мышцы лба используются исключительно для мимики.

Важнейшую роль в эволюции человека сыграло увеличение размера головного мозга, начавшееся примерно 2,4 миллиона лет назад. Современных размеров мозг достиг не позднее 500 тысяч лет назад. В результате, мозг человека в три-четыре раза превышает по размеру мозг ближайшего эволюционного предшественника — шимпанзе.

Позвоночник

С переходом к прямохождению позвоночник человека получил двойной изгиб: верхний (грудной) отдел выгнут назад, а нижний (поясничный) — вперёд. Без поясничного изгиба позвоночник постоянно наклонялся бы вперёд, что требовало бы гораздо больших мышечных усилий для поддержания равновесия. Наличие же двойного изгиба помещает проекцию центра тяжести тела прямо между ступнями, что даёт экономию энергии при ходьбе.

Последствия

Даже с учётом многочисленных морфологических изменений, скелет человека до сих пор остаётся слабо приспособленным к прямохождению, что приводит к многочисленным заболеваниям опорно-двигательного аппарата. Так, у большого числа людей с возрастом начинаются проблемы с поясничным отделом позвоночника и коленными суставами: по некоторым данным, боль в пояснице является ведущей причиной потерянных рабочих дней. Артрит стал проблемой сразу после перехода гоминид к прямохождению: учёные обнаружили его следы в позвонках доисторических охотников-собирателей. Дальнейшие изменения суставов, которые могли бы исправить положение, невозможны из-за противоречия в требованиях устойчивости и эффективности передвижения.

См. также

• Смещение позвонка

Примечания

1. ↑ Шимпанзе — ближайший эволюционный предшественник человека.
2. ↑ По результатам последних исследований, развитие мозга гоминид было вызвано необходимостью адаптации к глобальным изменениям климата.
3. ↑ Первым предположение о связи заболеваний позвоночника с прямохождением высказал Уилтон Крогман, специалист по судебно-медицинской антропологии из Пенсильванского университета в своей книге «Шрамы человеческой эволюции» (1951).

Сноски

• Grabowski MW, Polk JD, Roseman CC (2011). “Divergent patterns of integration and reduced constraint in the human hip and the origins of bipedalism”. Evolution. 65 (5): 1336—56. DOI:10.1111/j.1558-5646.2011.01226.x. PMID 21521191.
• Crompton RH, Sellers WI, Thorpe SK (2010). “Arboreality, terrestriality and bipedalism”. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 365 (1556): 3301—14. DOI:10.1098/rstb.2010.0035. PMC 2981953. PMID 20855304.

Cсылки

• Human Timeline (Interactive) — Smithsonian (August 2016).