Как сформировалась стопа человека
У стопы человека нет аналогов в живой природе. Она кажется довольно хрупкой, однако выдерживает большой вес, позволяет быстро ходить и далеко бегать. За счет чего? Ученые давно пытаются ответить на этот вопрос.
Человек слезает с дерева
Леонардо да Винчи называл человеческую стопу шедевром, произведением искусства. Современные ученые восхищаются не меньше. Действительно, на двух ногах человек почти так же ловок, как четвероногие звери: быстро ходит, отлично бегает, устойчив, подвижен. Возможно, не так эффективно как другие животные, но вполне способен вскарабкаться на дерево, спуститься с горы. При этом он носит большие тяжести, значительно увеличивая нагрузку на ноги.
При ходьбе и беге к стопам прикладываются силы, превышающие вес тела. От травм предохраняет хорошая амортизация: стопа ведет себя как пружина, запасая механическую энергию и затем конвертируя ее в жесткость.
Человек — единственное двуногое прямоходящее существо на планете. Считается, что это благодаря эволюции стопы. У человекообразных приматов она совсем другая. Пальцы ног пропорционально длиннее, большой палец оттопырен, что позволяет хватать ногами предметы, ловко лазать по ветвям.
У человека крупные пяточные кости, короткие пальцы ног, большой палец более толстый и прижат, хорошо развит подъем. Все это — результат приспособления к прямохождению, считает большинство ученых.
Передвигающиеся на четырех лапах звери ступают на пальцы, потом плюсну. Люди же шагают с опорой на пятку, и это очень удивительно. Пятка испытывает довольно сильный удар о землю, но выдерживает благодаря уникальному строению. Затем вес переносится на внешнюю часть стопы, плюсну и только потом пальцы. При этом тело наклоняется вперед и вниз. Ходьба выглядит как серия падений.
© Yale University
Особенности человеческой стопы
Чтобы эффективно отталкиваться от земли, середина стопы должна стать жесткой. Ключевую роль в этом играет продольный свод, присущий исключительно современным людям. Свод поддерживают мышцы, связки и апоневроз — особый вид тканей, подстилающих нижнюю часть костей свода и некоторых других частей тела. Например, шимпанзе при ходьбе на двух ногах после пятки опирается на полную стопу, а человек, благодаря продольному своду, — нет. Из-за этого считалось, что стопа шимпанзе не может приобрести жесткость в средней части, но эксперименты последних лет опровергли эту точку зрения.
Только приспособлением к двуногой ходьбе не объяснить высокую специализацию человеческой стопы, считают ученые из Гарварда. По их мнению, это результат адаптации к быстрому бегу на длинные дистанции.
При беге ударные силы от столкновения пятки с землей слишком велики и могут привести к травмам. Поэтому бегун меняет позы: наступая, он опирается и на середину стопы, и на пальцы. Ему помогает таким образом не только анатомия, но и способность совершать более эффективные движения.
Размышления о своде стопы
Недавно ученые Йельского университета при участии коллег из других стран показали, что поперечный свод как минимум так же важен для жестокости стопы, как и продольный, а может, даже важнее. Из специально разработанной математической модели следовало, что чем больше кривизна поперечного свода, тем выше жесткость средней части стопы в продольном направлении при ходьбе.
Взяв у мертвого тела связки, скрепляющие поперечный свод, исследователи проверили свою модель экспериментально. Оказалось, что если связки разрезать, жесткость стопы падает на сорок процентов. Это порождают новые вопросы. Только ли за счет кривизны сводов обеспечивается жесткость стопы? А как быть с плоскостопыми людьми? Можно ли использовать информацию о степени изгиба для того, чтобы определить, кто из древних гоминид был прямоходящим?
В эволюции стопы человека тоже много неясного. До 1960 года ученые располагали только стопой неандертальца. За минувшие два десятка лет коллекции пополнились десятками образцов других представителей рода Homo и открылась удивительно широкая панорама разных форм.
Раньше считалось, что стопа самого раннего Homo должна быть чем-то средним между стопой гориллы и современного человека. Потом возникло предположение, что главное отличие — это положение большого пальца ноги. Сейчас вырисовывается гораздо более сложная картина и очевидно, что двуногость — это итог множества мелких и крупных адаптаций стопы на протяжении миллионов лет.
В 1979 году в Танзании в слое вулканического пепла обнаружили окаменелые следы семьи австралопитеков возрастом 3,6 миллиона лет. Так узнали, что эти древнейшие гоминиды были прямоходящими.
Стопы человека и человекообразных обезьян. Главные отличия: прижатый большой палец, продольный и поперечный своды, более короткие пальцы, большая пяточная кость
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ajpa.23750
В 2009 году американские ученые опубликовали статью о следах около озера Туркана, скорее всего, оставленных Homo erectus, живших полтора миллиона лет назад. Выглядели они как нечто промежуточное между следами австралопитеков и современных людей. Большой палец сильнее прижат, прорисован свод. Эти люди уже могли преодолевать на двух ногах большие расстояния и носить тяжести.
Самая странная ситуация сложилась вокруг человека флоресского, чьи останки обнаружили в 2003 году на острове Флорес в Индонезии. Это небольшого роста существа с признаками австралопитеков. Большой палец ноги прижат, но свод либо отсутствует, либо очень слабо развит. Им, должно быть, нелегко было передвигаться на двух ногах, тем более бегать. Возможно, на небольшом острове их эволюция пошла иным путем, чем у материковых сородичей. А может, это ближайшие потомки австралопитеков, сохранившиеся благодаря изоляции гораздо дольше, чем другие архаичные виды.
Автор Татьяна Пичугина
https://ria.ru/20200309/1568266914.html
МИА «Россия сегодня»
