Антропология

Дизайн стопы: основы для ходьбы, но не вверх по эволюционной лестнице

Введение

Бог создал ступни людей и обезьян по-разному, каждые в соответствии с тем, как они ходят.

Среди живых приматов только люди легко и эффективно передвигаются на двух ногах. И многие эволюционисты считают, что двуногое передвижение было трамплином для нашей смышлености. Фундаментальные различия между опирающимися на кулаки при ходьбе обезьянами и нами? Как мы научились так ходить? Пытливые эволюционисты хотят знать!

Когда ученые-эволюционисты пытаются понять, как люди развили походку, непохожую на походку наших предполагаемых родственников-шимпанзе, они любят сравнивать наши ступни и лодыжки. Они похожи: каждая из них имеет 26 костей, но они сгибаются и сгибаются по-разному во время ходьбы. Новое исследование, сравнивающее ноги человека и шимпанзе во время передвижения на двух ногах, выявило удивительные факты о том, как двигаются наши ноги. Некоторые из этих парадоксальных и до сих пор недооцененных особенностей нелегко вписываются в общепринятые эволюционные представления о нашем восхождении по эволюционной лестнице.

Форма и функция ноги: к своду или не к своду

Некоторые особенности человеческой стопы способствуют эффективности и равновесию нашей вертикальной походки. Например, с каждым шагом, после того, как ослабляющий кости удар пятки позволяет ноге приспособиться к поверхности под ней, кости стопы на мгновение сцепляются, образуя жесткий рычаг, чтобы поднять нас вперед.  Своды также делают передвижение двуногих естественным для нас. Наш продольный свод, идущий спереди назад, имеет более высокую часть на внутренней стороне стопы (медиальный продольный свод) и более низкую часть на внешней стороне стопы (боковой продольный свод). Человеческая нога также имеет другой свод (поперечный), простирающийся из стороны в сторону, примерно перпендикулярно продольным сводам.

Наши своды действуют как пружинящие амортизаторы. Когда мы идем, наши своды также переносят наш вес вокруг внешнего края стопы на подушечку стопы. С мячом в качестве точки опоры, мы затем отталкиваемся, ловя себя другой ногой. Когда наши своды тянутся вниз и откидываются назад, они собирают и высвобождают энергию в каждый шаг. Кроме того, как мы обсудим ниже, новые исследования открыли дополнительный уникальный человеческий источник пружинистой силы, которая в последний момент активизирует каждый шаг вперед. Стоит ли удивляться, что Леонардо да Винчи назвал человеческую ногу «шедевром техники и произведением искусства»?1

Дугообразные стопы — отличительная черта людей, даже так называемых плоскостопных. И не только кости образуют наши стопы, но и мягкие ткани, которые тянут их, закрепляя их в нужных размерах, позволяя и ограничивая их движение, чтобы они функционировали должным образом.2 Кстати, дугообразные стопы являются основой для эволюционной интерпретации знаменитых следов Лаэтоли, поскольку они, по-видимому, были сделаны человеческими ногами в то время, когда эволюционисты полагают, что люди еще не существовали (Лаэтоли — местность в Танзании. Пепел, превратившись под дождём в твёрдый туф, сохранил отпечатки ног гоминидов, известные как «отпечатки Лаэтоли» или «следы Лаэтоли» — прим. ред.).

У шимпанзе нет дугообразных стоп. Ноги шимпанзе не образуют жесткого рычага. И их нельзя согнуть и резко разогнуть в стороны как человеческие ноги. Очень подвижная лапа шимпанзе с противоположными пальцами лучше приспособлена для того, чтобы хвататься за ветви деревьев или ходить на четвереньках, чем для прогулки по главной улице.

Путь к ходьбе: две дороги, расходящиеся во времени эволюции

Эволюционисты считают, что у людей и шимпанзе есть общий предок, от которого каждая из наших линий разошлась миллионы лет назад. Их сторона предполагаемого раскола продолжала раскачиваться среди деревьев и ходить по полям. Наша часть «семьи» эволюционировала, чтобы ходить по всему миру, обдумывать великие мысли и летать на Луну. Ходьба в вертикальном положении считается решающим шагом в эволюции наших больших, лучших умов.

Чтобы сравнить шимпанзе и человеческую ногу в надежде узнать больше об эволюции ходьбы, Натан Томпсон и его коллеги наблюдали за тем, как люди ходят в Университете Стоуни-Брук. Действительно наблюдают! Они используют сложную технологию для сравнения ступней и лодыжек шимпанзе и человека в разных точках под разными углами. До сих пор многое из того, что было известно о шимпанзе и человеческих ногах, происходило из менее технологической методологии. Они узнали, что человеческая ступня отличается от ступни шимпанзе даже больше, чем считалось ранее. И эти различия настолько парадоксальны, что эволюционная история их родства через общего предка стала еще более запутанной и неотслеживаемой.

Хотя двуногое передвижение не особенно эффективно для шимпанзе, они могут это делать и послушно сделали это для этого исследования. Таким образом, поведение костей и суставов ног шимпанзе можно сравнить непосредственно с поведением людей, выполняющих ту же функцию. Исследователи использовали изображение захвата движения для анализа стоп пяти мужчин и двух самцов-шимпанзе во время ходьбы. Оказывается, кости человеческой ноги во время ходьбы смещаются намного больше, чем кто-либо ранее предполагал. На самом деле, несмотря на способность человеческой ноги превращаться в жесткий рычаг во время каждого шага, многомерная перспектива обнаружила сюрприз. Рассматривая ступню под разными углами и сравнивая ее со ступнями шимпанзе, исследователи обнаружили, что части ступни человека даже более подвижны, чем у шимпанзе! Эта информация заставит эволюционистов приспособиться к тому, как они рассказывают свою историю бипедализма.

Николай Холовка —  факультет человеческой эволюционной биологии (Гарвард), ведущий автор исследования, опубликованного в журнале «Эволюция человека», — объясняет:

«Это открытие перевернуло наши предположения о том, как работают стопы, как людей, так и шимпанзе. Основываясь на простом визуальном наблюдении, мы давно знаем, что человеческие стопы более жесткие, чем у шимпанзе и других обезьян, когда пятка впервые отрывается от земли при ходьбе. Что нас удивило, так это то, что средняя часть стопы человека резко изгибается в конце шага, когда свод стопы возвращается на место после сжатия во время переноски веса. Это сгибательное движение больше, чем весь диапазон движения в суставах средней ноги шимпанзе во время ходьбы, что приводит нас к выводу, что высокая подвижность суставов средней стопы на самом деле выгодна для ходьбы человека. Мы бы никогда не обнаружили этого, не имея возможности изучать шимпанзе с передовой технологией захвата движения».3

Наши невероятно гибкие стопы

Путем зуммирования различий между шимпанзе и человека команда Холовки надеется узнать больше об эволюции человеческих ног и прямохождении. В процессе они узнали больше о сложных способах, которыми движется человеческая нога. Чудесный дизайн нашей ноги, оказывается, еще более чудесен, чем мы знали.

Открытие, что средняя часть ступней многих людей обладает большей подвижностью, чем считалось нормальным, не ново. Например, пассивные манипуляции с костями стопы и голеностопного сустава у трупов человека и шимпанзе показали, что у них одинаковый диапазон движений. Стопы живых также уже показали, что человеческая нога обладает большей подвижностью, чем некоторые полагали. Например, в 2013 году Джереми ДеСилва и Симон Гилл измерили давление, оказываемое различными частями стопы босоногих взрослых, посетив Бостонский музей. Восемь процентов из них имели преувеличенное сплющивание стопы, когда она двигалась вперед.4

Похожий изгиб обычно образуется у шимпанзе на середине ноги при ходьбе. Этот изгиб называется мидтарсальным разрывом. ДеСильва и Джилл истолковали свои наблюдения как отражение нашего общего предка с обезьянами, черты, которую наши предки оставили на деревьях. Они предположили, что мидтарсальный разрыв значительно снижается при  прямой ходьбе, в результате чего люди далеко ушли в развитии. Другие ученые с этим не согласились, полагая, что такое сгибание средней ноги сделает ее более устойчивой в случае внезапного изменения скорости. Очевидно, что необходимо провести дополнительные исследования.

Исследование Холовки сильно помогло в понимании наших удивительно гибких ног. Действуя как жесткий рычаг, помогающий двигать вес тела вверх и вперед, стопа и голеностопные кости временно фиксируются в довольно стабильном положении. Но, в то же время, исследователи обнаружили, что движения мышц заставляют эти же кости двигаться относительно друг друга, подготавливая стопу к внезапному сгибанию, когда мы отталкиваемся от земли. Внезапное сгибание средней стопы добавляет силы нашему толчку. И все движения отталкивания координируются с движениями голеностопных костей, корректировками, которые не только оптимизируют плечо стопы, но и работают с ногой и бедром для оптимизации силы и баланса.

С точки зрения биофизической инженерии наша нога — шедевр. Готовясь оттолкнуться, стопа и голеностопные кости поворачиваются таким образом, что ступня становится точкой опоры, через которую лодыжка толкает нас вперед. Поскольку точка опоры для этого анатомического рычага находится, как можно дальше от оси вращения голеностопного сустава, это наилучший вариант для достижения мощного шага. И поскольку человеческая нога остается жесткой, а затем резко изгибается — прижимая ступню и большой палец к земле по мере сокращения икроножных мышц — люди достигают мощного толчка вперед, подобный толчок ногой шимпанзе не может произвести.

Шимпанзе не созданы для того, чтобы ходить на двух ногах. Поэтому их ноги не были предназначены для того, чтобы облегчать это. Не удивительно, на самом деле. Ступня обезьяны не приспособлена для передвижения на двух ногах, как и наша.

Несмотря на внешнее сходство между человеческой ногой и ногой шимпанзе, исследователи обнаружили, что внезапное сгибание, возникающее, когда человеческая нога продвигается вперед, не происходит у шимпанзе. А синхронность здесь — это все. Хотя в ногах шимпанзе и человека происходит гораздо больше движения, чем считалось ранее, моменты, когда их кости двигаются, не совпадают. Наконец, большой палец ноги человека, гораздо менее подвижный, чем у обезьяны, обеспечивает надежный толчок, от которого длинный рычаг стопы и прикрепленные к нему икроножные мышцы отталкиваются с силой, непревзойденной в шаге шимпанзе.5

Своды стопы

Еще более удивительно, чем искусственные арки, которые несут вес стационарных зданий, наши ноги спроектированы с тремя различными сводами, которые несут смещающийся вес движущихся тел.

Изображение из журнала Answers.

 Последствия нашего невероятно пружинистого шага

Ученые-эволюционисты уже убеждены, что обезьяноподобные предки эволюционировали в человека на протяжении миллионов лет. Они пытаются найти следы этого перехода в окаменелостях вымерших разновидностей обезьян и людей, а также в анатомии живых людей и обезьян. Они будут просто рассматривать исследование Стоуни Брук как доказательство того, что эволюция бипедализма была более сложной, чем считалось ранее. Однако если отбросить эволюционные предпосылки, исследование утверждает, что каждая нога — человек и обезьяна — спроектирована с огромной сложностью, поверхностным сходством и жизненно важными различиями, оснащающими ее владельца, чтобы двигаться так, как задумал Бог.

Могут ли палеонтологи сказать по окаменелым ногам, как ходил примат? Ну, авторы исследования рассмотрели окаменелости различных ног гоминидов6, чтобы увидеть, является ли интерпретация, обычно применяемая к ископаемой летописи, надежной. Они обнаружили, что ступни окаменелости Homo habilis и двух окаменелостей Homo erectus явно имели человеческий тип продольной дуги, человеческий большой палец ноги и другие особенности, связанные со способом ходьбы современного человека. Однако ископаемые ступни различных австралопитеков, хотя и обладают несколькими специфическими суставами, похожими на человеческие, не имеют определенных особенностей, необходимых для того, чтобы быть двуногими.7 Это, конечно, не удивительно для креационистов. В конце концов, люди — а не обезьяны — созданы Богом со всем необходимым, чтобы ходить прямо. Поскольку Бог также создал людей и животных для размножения и изменения только в пределах их созданных видов, все разновидности людей на протяжении нашей 6000-летней истории все еще демонстрировали бы способность вставать и ходить на своих двух ногах.

Таким образом, авторы-эволюционисты выделили ряд различий между ногой человека и ногой шимпанзе. Они, как и другие, также показали, что костная анатомия стопы и лодыжки не показывает, шли ли их владельцы вертикально или нет. Это ставит под сомнение утверждения тех, кто видит предков двуногих в костях различных вымерших обезьян. Их открытие ничего не говорит об общем происхождении шимпанзе и человека. Он также не отображает какой-то эволюционный путь к бипедализму. Те, кто думает, что это так, основывают свои выводы на предвзятых убеждениях, что обезьяны и люди имеют общего предка и что ходьба на двух ногах была чем-то, что должно было развиваться и помогло нам стать людьми.

Напротив, уникальность человеческой стопы подчеркивает мудрость нашего Бога-Творца. Этот динамический дизайн позволяет ей изменить характеристики в каждый момент каждого шага. Но анатомические проявления Его мудрости на этом не останавливаются. Стопа — это не изолированное сооружение. Когда мы движемся, движения каждой ноги координируются с движениями лодыжки, ноги, колена, бедра, бедра и спины. Эти великие проекты все работают вместе, позволяя нам ходить вертикально.8 Библейский Бог-Творец знал, что потребуется анатомически, чтобы Его создания — будь то люди, созданные по Его образу, или обезьяны и другие животные — могли ходить так, как Он хотел. 

                                                                          

Автор: д-р Элизабет Митчелл

Дата публикации: 6 апреля 2017 года

Источник:Answers In Genesis

 

Перевод: Недоступ А.

Редактор: Недоступ А.

 

Ссылки

  1. Это утверждение широко цитируется и обычно приписывается Леонардо да Винчи, чьи наброски человеческой ноги подтверждают его знакомство с ее дизайном.
  2. Например, поперечная дуга, которая образована основаниями плюсневых костей и четырех смежных голеностопных костей (кубовидной и трех клинописных), поддерживается связками, фасцией и мышцей fibularis longus. Эта мышца начинается сбоку чуть ниже колена, и ее длинное сухожилие обвивается вокруг лодыжки, проходит через канавку, предназначенную для нее на кубовидной кости, и проходит через арку под ногой. Точно так же продольные дуги формируются по расположению и форме плюсневых костей, пяточной и голеностопной костей. Продольные дуги удерживаются на месте и поддерживаются, однако, несколькими связками, сухожилиями, мышцами между стопой и лодыжками и мышцами, которые происходят из ноги.
  3. Нью-Йоркский технологический институт «Ноги шимпанзе позволяют ученым по-новому понять эволюцию ног человека», ScienceDaily, 8 февраля 2017 года, https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170208131906.htm - ...
  4. Эта более высокая, чем ожидалось, гибкость средней ступни была связана с людьми, которые склонны травмировать свои ноги, когда они ходят, что включает в себя большее плоскостопие среди нас. ДеСильва и его коллеги опубликовали дополнительную работу, исследуя значимость мидтарсального разрыва у людей.
  5. Nicholas B. Holowka, Matthew C. O'Neill, Nathan E. Thompson и Brigitte Demes, «Движение шимпанзе и человека в середине стопы во время двуногой ходьбы и эволюция продольного свода стопы» (Journal of Human Evolution 104 [2017]: 23-31, doi:10.1016/j. 2016.12.002), 28.
  6. Термины гоминид и гоминин — это слова, определения которых воплощают эволюционные предположения (1) о том, что люди эволюционировали от обезьяноподобного предка через ряд до-человеческих и вымерших человеческих видов и (2) что люди и современные большие обезьяны (шимпанзе, гориллы и орангутанги) имеют общего предка. Гоминид (как он в настоящее время используется большинством авторов) относится ко всем этим индивидуумам — современным людям, современным большим обезьянам и всем предполагаемым предкам обоих, начиная с общего обезьяноподобного предка. Гоминин относится только к человеческой стороне эволюционной линии после того, как она отделилась от общего предка, предположительно общего с обезьянами. Таким образом, гоминины — это современные и вымершие люди и все их непосредственные предки, начиная с общего обезьяноподобного предка.
  7. Холовка, О'Нил, Томпсон и Демес, «Движение шимпанзе и человека в середине стопы во время двуногой ходьбы и эволюция продольного свода стопы», 29.
  8. Эти кости стопы, что ослабить удар, когда пятка бьет в землю, так как голень и бедро вращается внутрь, побуждая стык между верхней лодыжки и пяточной кости (подтаранный сустав) немного выворачиваться. Это ослабляет кости стопы и лодыжки, позволяя им приспосабливаться к неровным поверхностям и поглощать удар, пока они скользят в оптимальные положения, чтобы нести наш вес. Затем, балансируя на нашей изогнутой нижней части спины и руководствуясь ориентацией средней ягодичной мышцы в нашей уникальной человеческой анатомии бедра, вся нижняя конечность меняет направление своего вращения, когда нога качается вперед, заставляя этот субталярный сустав теперь вращаться внутрь. Это начинает фиксировать кости стопы в их более жесткой аранжировке. Связки, сухожилия и жесткая подошвенная фасция, которые поддерживают свод стопы, способствуют этой развивающейся продольной жесткости, поддерживая стабильность стопы и упругость, когда стопа продвигает тело вперед. И теперь, благодаря исследованию Стоуни Брук шимпанзе-человек-ходьба, мы знаем, что кости в середине человеческой ноги сохраняют большую подвижность, даже когда они сцеплены вместе, подвижность, которая увеличивает силу каждого нашего шага.

Написать коментарий