Антропологія
Креацентр > Статті > Антропологія > Дизайн стопи: основа для прямоходіння

Дизайн стопи: основа для прямоходіння

Вступ

Бог створив ступні людей і мавп по-різному, кожному відповідно до того, як він ходить.

Серед живих приматів тільки люди легко і ефективно пересуваються на двох ногах. І багато еволюціоністів вважають, що прямоходіння було трампліном для нашого розуму. Чи є фундаментальні відмінності між мавпами, які спираються на кулаки при ходьбі, і нами? Як ми навчилися так ходити? Допитливі еволюціоністи хочуть знати!

Коли вчені-еволюціоністи намагаються зрозуміти, як люди розвинули ходу, несхожу на наших передбачуваних родичів-шимпанзе, вони люблять порівнювати будову наших ступень і кісток. Наші ступні схожі: кожна з них має 26 кісток, але вони згинаються і розгинаються по-різному під час ходьби. Нове дослідження, що порівнює ноги людини і шимпанзе під час пересування на двох ногах, виявило дивовижні факти про те, як рухаються наші ноги. Деякі з цих парадоксальних і досі недооцінених особливостей нелегко вписуються в загальноприйняті уявлення про наше сходження по еволюційних сходах.

Форма стопи та механізм її роботи

Деякі особливості людської стопи сприяють ефективності та рівновазі нашої вертикальної ходи. Наприклад, з кожним кроком, після того як послаблюючий кістки удар п'яти дозволяє нозі пристосуватися до поверхні під нею, кістки стопи на мить зчіплюються, утворюючи жорсткий важіль, щоб підняти нас вперед. Зводи також роблять прямоходіння природним для нас. Наш подовжній звід, що йде спереду назад, має вищу частину на внутрішній стороні стопи (медіальний подовжній звід) і нижчу частину на зовнішній стороні стопи (бічний поздовжній звід). Людська нога також має інший звід (поперечний), що тягнеться з боку в бік, майже перпендикулярно поздовжнім зводам.

Наші зводи діють як пружні амортизатори. Коли ми йдемо, вони також переносять нашу вагу навколо зовнішнього краю стопи на її подушечку. З м'ячем, в якості точки опори, ми потім відштовхуємося, ловлячи себе іншою ногою. Коли наші зводи тягнуться вниз і відкидаються назад, вони збирають і вивільняють енергію для кожного кроку. Крім того, ми покажемо це дещо пізніше, нові дослідження відкрили додаткове унікальне джерело людської пружної сили, яка в останній момент активізує кожен крок вперед. Чи варто дивуватися, що Леонардо да Вінчі назвав людську ногу «шедевром техніки і витвором мистецтва»?1

Дугоподібні стопи – відмінна риса людей, навіть тих, які мають плоскостопість. В утворенні стоп беруть участь не лише кістки, але і м'які тканини, які зтягують їх, закріплюючи потрібний розмір, дозволяючи і обмежуючи їхній рух, щоб вони працювали належним чином.2 Доречі, дугоподібні стопи є основою для еволюційної інтерпретації знаменитих слідів Лаетолі, оскільки вони, мабуть, були зроблені людськими ногами в той час, коли, як вважають еволюціоністи, людей ще не існувало (Лаетолі – місцевість в Танзанії. Попіл, перетворившись під дощем в твердий туф, зберіг відбитки ніг "гомінідів", відомих як «відбитки Лаетолі» або «сліди Лаетолі» – прим. ред.).

У шимпанзе немає дугоподібних стоп. Ноги шимпанзе не утворюють жорсткого важеля. І їх не можна зігнути і різко розігнути в сторони, як людські ноги. Дуже рухлива лапа шимпанзе з протилежними пальцями краще пристосована для того, щоб хапатися за гілки дерев або ходити навкарачки, ніж для прогулянки по головній вулиці.

Шлях до ходьби: дві дороги, що розійшлися, під впливом еволюції

Еволюціоністи вважають, що у людей і шимпанзе є загальний предок, від якого кожна з наших ліній розійшлася мільйони років тому. Одна сторона передбачуваного розколу продовжувала розгойдуватися серед дерев і ходити по полях. Наша ж частина «сім'ї» еволюціонувала, щоб ходити по всьому світу, обмірковувати великі думки і літати на Місяць. Прямоходіння вважається вирішальним кроком в еволюції наших великих, кращих умів.

Щоб порівняти шимпанзе і людську ногу в надії дізнатися більше про еволюцію ходьби, Натан Томпсон і його колеги спостерігали за тим, як люди ходять в Університеті Стоуні-Брук. Дійсно спостерігають! Вони використовують складну технологію для порівняння ступень і кісточок шимпанзе та людини в різних точках під різними кутами. Досі більшість інформації про ноги шимпанзе та людей було отримано значно менш технологічними методами. Дослідники дізналися, що людська ступня відрізняється від ступні шимпанзе навіть більше, ніж вважалося раніше. І ці відмінності настільки парадоксальні, що еволюційна історія їхньої спорідненості через спільного предка стала ще більш заплутаною і невідстежуваною.

Хоча пересування на двох ногах не дуже ефективне для шимпанзе, вони можуть це робити, що й було перевірено в рамках цього дослідження. Таким чином, поведінку кісток і суглобів ніг шимпанзе можна порівняти безпосередньо з поведінкою людських кінцівок, що виконують ту ж функцію. Дослідники використовували зображення захоплення руху для аналізу стоп п'яти чоловіків і двох самців-шимпанзе під час ходьби. Виявляється, кістки людської ноги зміщуються набагато більше, ніж будь-хто раніше припускав. Насправді, незважаючи на здатність нашої ноги перетворюватися в жорсткий важіль під час кожного кроку, багатовимірна перспектива виявила сюрприз. Розглядаючи ступню під різними кутами і порівнюючи її зі ступнями шимпанзе, дослідники виявили, що частини ступні людини навіть більш рухливі, ніж у шимпанзе! Ця інформація змусить еволюціоністів пристосувати свої історії, які вони розповідають про прямоходіння.

Микола Холовка з факультету людської еволюційної біології (Гарвард), провідний автор дослідження, опублікованого в журналі Journal of Human Evolution, пояснює:

«Це відкриття перевернуло наші припущення про те, як працюють стопи як людей, так і шимпанзе. Ґрунтуючись на простому візуальному спостереженні, ми давно знаємо, що людські стопи більш жорсткі, ніж у шимпанзе та інших мавп, коли п'ята вперше відривається від землі при ходьбі. Що нас здивувало, так це те, що середня частина стопи людини різко згинається в кінці кроку, коли звід стопи повертається на місце після стиснення під час перенесення ваги. Цей згинальний рух більший, ніж весь діапазон руху в суглобах середини ноги шимпанзе під час ходьби, що приводить нас до висновку, що висока рухливість суглобів середньої частини стопи насправді вигідна для ходьби людини. Ми б ніколи не виявили цього, не маючи можливості вивчати шимпанзе з передовою технологією захоплення руху».3

Наші неймовірно гнучкі стопи

Шляхом масштабування відмінностей між шимпанзе і людиною, команда Холовка сподівається дізнатися більше про еволюцію людських ніг і прямоходіння. В процесі вони отримали більше інформації про складні способи руху ніг людей. Чудовий дизайн нашої ноги, виявляється, ще більш прекрасний, ніж ми вважали.

Відкриття, що середня частина ступні багатьох людей володіє більшою рухливістю, ніж вважалося нормальним, не нове. Наприклад, пасивні маніпуляції з кістками стопи та гомілковостопного суглоба у трупів людини і шимпанзе показали, що у них однаковий діапазон рухів. Стопи живих також вже показали, що людська нога має більшу рухливість, ніж дехто вважав. Наприклад, у 2013 році Джеремі ДеСілва і Симон Гілл виміряли тиск, який чиниться різними частинами стопи босоногих дорослих, відвідавши Бостонський музей. Вісім відсотків з них мали перебільшене сплющення стопи, коли вона рухалася вперед.4

Схожий вигин зазвичай утворюється у шимпанзе на середині ноги при ходьбі. Цей вигин називається мідтарсальним розривом. ДеСільва і Джилл витлумачили свої спостереження як відображення нашого спільного предка з мавпами, риси, яку наші предки залишили на деревах. Вони припустили, що мідтарсальний розрив значно знижується при прямій ходьбі, в результаті чого люди пішли в розвитку далеко. Інші вчені з цим не погодилися, вважаючи, що таке згинання середини ноги зробить її більш стійкою в разі раптової зміни швидкості. Очевидно, що необхідно провести додаткові дослідження.

Дослідження Холовка сильно допомогло в розумінні наших дивно гнучких ніг. Діючи як жорсткий важіль, що допомагає переміщати вагу тіла вгору і вперед, стопа і гомілковостопні кістки тимчасово фіксуються в досить стабільному положенні. Але, в той же час, дослідники виявили, що рухи м'язів змушують ці ж кістки рухатися відносно одна одної, готуючи стопу до раптового згинання, коли ми відштовхуємося від землі. Раптове згинання середини стопи додає сили нашому поштовху. І всі рухи відштовхування координуються з рухами гомілковостопних кісток, коригуваннями, які не тільки оптимізують плече стопи, але і працюють з ногою і стегном для оптимізації сили і балансу.

З точки зору біофізичної інженерії, наша нога – шедевр. Готуючись відштовхнутися, стопа і гомілковостопні кістки повертаються таким чином, що ступня стає точкою опори, через яку кісточка штовхає нас вперед. Оскільки точка опори для цього анатомічного важеля знаходиться як можна далі від осі обертання гомілковостопного суглоба, це найкращий варіант для досягнення потужного кроку. І оскільки людська нога залишається жорсткою, а потім різко вигинається, притискаючи ступню і великий палець до землі в міру скорочення литкових м'язів, люди досягають потужного поштовху вперед, подібний поштовх ногою шимпанзе не може зробити.

Шимпанзе не створені для того, щоб ходити на двох ногах. Тому їхні ноги не були призначені для того, щоб полегшувати це. Тож це не дивно, насправді. Ступня мавпи не пристосована для пересування на двох ногах, як наша.

Незважаючи на зовнішню схожість між людською ногою і ногою шимпанзе, дослідники виявили, що раптове згинання, яке виникає, коли людська нога просувається вперед, не відбувається у шимпанзе. А синхронність тут – це все. Хоча в ногах шимпанзе і людини відбувається набагато більше руху, ніж вважалося раніше, моменти, коли їхні кістки рухаються, не збігаються. Нарешті, великий палець ноги людини, набагато менш рухливий, ніж у мавпи, забезпечує надійний поштовх, від якого довгий важіль стопи і прикріплені до нього литкові м'язи відштовхуються з силою, недосяжною для кроку шимпанзе.5

Рис. Звід стопи

Наші ноги спроектовані з трьома різними зводами, які несуть зміщувану вагу рухомих тіл. Це ще більш дивовижно, ніж штучні арки, які несуть вагу стаціонарних будівель,

 

Наслідки нашого неймовірно пружинистого кроку

Вчені-еволюціоністи вже переконані, що мавпоподібні предки еволюціонували в людину протягом мільйонів років. Вони намагаються знайти сліди цього переходу в скам'янілостях вимерлих різновидів мавп і людей, а також в анатомії живих представників. Вони будуть просто розглядати дослідження Стоуні Брука як доказ того, що еволюція біпедалізму була складнішою, ніж вважалося раніше. Однак якщо відкинути еволюційні передумови, дослідження стверджує, що кожна нога – людини і мавпи – спроектована з величезною складністю, поверхневою схожістю і життєво важливими відмінностями, оснащуючи її власника, щоб рухатися так, як задумав Бог.

Чи можуть палеонтологи сказати по скам'янілим ногам, як ходив примат? Ну, автори дослідження розглянули скам'янілості різних ніг гомінідів6, щоб побачити, чи є інтерпретація, яка зазвичай застосовується до викопного літопису, надійною. Вони виявили, що ступні скам'янілості Homohabilis і двох скам'янілостей Homoerectus явно мали людський тип поздовжньої дуги, людський великий палець ноги і інші особливості, пов'язані зі способом ходіння сучасної людини. Однак скам’янілі ступні різних австралопітеків хоча і володіють декількома специфічними суглобами, схожими на людські, не мають певних особливостей, необхідних для прямоходіння.7 Це, звичайно, не дивно для креаціоністів. Зрештою, люди – а не мавпи – створені Богом з усім необхідним, щоб ходити прямо. Оскільки Бог також створив людей і тварин для розмноження і зміни тільки в межах їхніх створених видів, всі різновиди людей протягом нашої 6000-річної історії все ще демонстрували б здатність вставати і ходити на своїх двох ногах.

Таким чином, автори-еволюціоністи виділили ряд відмінностей між ногою людини і ногою шимпанзе. Вони, як і інші, також показали, що кісткова анатомія стопи і кісточки не показує, ходили їхні власники вертикально, чи ні. Це ставить під сумнів твердження тих, хто бачить предків двоногих в кістках різних вимерлих мавп. Їхнє відкриття нічого не говорить про спільне походження шимпанзе і людини. Воно також не відображає якийсь еволюційний шлях до біпедалізму. Ті, хто думає що це так, роблять свої висновки , базуючись на упереджених переконаннях, що мавпи і люди мають спільного предка, і що ходіння на двох ногах було чимось, що повинно було розвиватися і допомогло нам стати людьми.

Навпаки, унікальність людської стопи підкреслює мудрість нашого Бога-Творця. Цей динамічний дизайн дозволяє їй змінювати характеристики в кожен момент кожного кроку. Але анатомічні прояви Його мудрості на цьому не зупиняються. Стопа – це не ізольована споруда. Коли ми ходимо, рухи кожної ноги координуються з рухами щиколотки, ноги, коліна, стегна і спини. Таке надзвичайне проектування всіх деталей дозволяє нам ходити прямо.8 Бог-Творець Біблії знав, що буде потрібно анатомічно, щоб Його творіння – люди, створені за Його образом, чи мавпи й інші тварини – могли ходити так, як Він хотів.

 

Автор: д-р Елізабет Мітчелл

Дата публікації:  6 квітня 2017 року

Джерело: Answers In Genesis

 

Переклад: Тiга В                                     

Редактор: Недоступ О.

Науковий редактор: Тупчієнко В.


Список використаних джерел

  1. Це твердження широко цитується і зазвичай приписується Леонардо да Вінчі, чиї ескізи людської ноги підтверджують його знайомство з її дизайном.
  2. Наприклад, поперечна дуга, яка утворена основами плеснових кісток і чотирьох суміжних гомілковостопних кісток (кубовидної і трьох клинописних), підтримується зв'язками, фасцією і м'язом fibularislongus. Цей м'яз починається збоку трохи нижче коліна, і його довге сухожилля обвивається навколо щиколотки, проходить через канавку, призначену для нього на кубовидній кістці, і проходить через арку під ногою. Точно так же поздовжні дуги формуються по розташуванню і формі плеснових кісток, п'яткової і гомілковостопної кісток. Поздовжні дуги утримуються на місці і підтримуються, однак, кількома зв'язками, сухожиллями, м'язами між стопою та кісточками і м'язами, які походять з ноги.
  3. New York Institute of Technology, “Chimpanzee Feet Allow Scientists a New Grasp on Human Foot Evolution,” ScienceDaily, February 8, 2017, https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170208131906.htm.
  4. Ця більш вища, ніж очікувалося, гнучкість в середині ступні була пов'язана з людьми, які схильні травмувати свої ноги, коли вони ходять, що включає в себе більшу плоскостопість серед нас. ДеСільва і його колеги опублікували додаткову роботу, досліджуючи значущість мідтарсального розриву у людей.
  5. Nicholas B. Holowka, Matthew C. O'Neill, Nathan E. Thompson, and Brigitte Demes, “Chimpanzee and Human Midfoot Motion During Bipedal Walking and the Evolution of the Longitudinal Arch of the Foot” (Journal of Human Evolution 104 [2017]: 23–31, doi:10.1016/j.jhevol.2016.12.002), 28.
  6. Терміни «гомінід» і «гомінін» – це слова, визначення яких втілюють еволюційні припущення (1) про те, що люди еволюціонували від мавпоподібних предків через ряд долюдських і вимерлих людських видів, і (2) що люди і сучасні великі мавпи (шимпанзе, горили і орангутанги) мають спільного предка. Гомінід (як він в даний час використовується більшістю авторів) відноситься до всіх цих індивідуумів – сучасних людей, сучасних великих мавп і всіх передбачуваних предків обох, починаючи з загального мавпоподібного предка. Гомінін відноситься тільки до людської сторони еволюційної лінії після того, як вона відокремилася від загального предка, імовірно спільного з мавпами. Таким чином, гомініни – це сучасні та вимерлі люди і всі їхні безпосередні предки, починаючи з загального мавпоподібного предка.
  7. Holowka, O’Neill, Thompson, and Demes, “Chimpanzee and Human Midfoot Motion During Bipedal Walking and the Evolution of the Longitudinal Arch of the Foot,” 29.
  8. Ці кістки стопи послабляють удар, коли п'ята б'є в землю, оскільки гомілка і стегно обертаються всередину, спонукаючи стик між верхньою щиколоткою і п'ятковою кісткою (підтаранний суглоб) трохи вивертатися. Це послаблює кістки стопи і щиколотки, дозволяючи їм пристосовуватися до нерівних поверхонь і поглинати удар, поки вони зісковзують в оптимальні положення, щоб нести нашу вагу. Потім, балансуючи на нашій зігнутій нижній частині спини і керуючись орієнтацією середнього сідничного м'яза в нашій унікальній людської анатомії стегна, вся нижня кінцівка змінює напрямок свого обертання, коли нога гойдається вперед, змушуючи цей субталярний суглоб тепер обертатися всередину. Це починає фіксувати кістки стопи в їхньому більш жорсткому аранжуванні. Зв'язки, сухожилля і жорстка підошвова фасція, які підтримують звід стопи, сприяють цій поздовжній жорсткості, що розвивається, підтримуючи стабільність стопи і пружність, коли стопа просуває тіло вперед. І тепер, завдяки дослідженню Стоуні Брука шимпанзе-людина-ходьба, ми знаємо, що кістки в середині людської ноги зберігають велику рухливість, навіть коли вони зчеплені разом – рухливість, яка збільшує силу кожного нашого кроку.

 

 

Написати коментар