Нове дослідження, описане на ресурсі SciTechDaily, показує, що проста звичка послідовно ставити ногу з п’ятки на носок могла відіграти ключову роль в еволюції людини. Такий стиль ходи відрізняє нас від інших людиноподібних мавп і, за оцінками вчених, робить пересування значно енергоощаднішим, хоч і підвищує навантаження на кістки та суглоби.
Дослідницька група під керівництвом Ніколаса Головки (Nicholas Holowka) з Пенсильванського університету порівняла, як ходять люди та шимпанзе. Робота, опублікована в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, ставить під сумнів попереднє уявлення, ніби люди й інші великі мавпи використовують подібний «п’ятковий» стиль ходи.
Як саме ми ставимо ногу
Люди в експерименті щоразу при звичайній ході спершу торкалися землі п’ятою, а потім перекочували ногу до пальців. Шимпанзе ж можуть ставати і на п’яту, але часто торкаються землі боком стопи чи її передньою частиною.
Головка зазначає, що зазвичай, коли говорять про унікальність людської ходи, згадують прямоходіння та випрямлені ноги й спину. Команда ж акцентує: послідовний «удар п’ятою» — окрема, раніше недооцінена ознака, яка чітко відрізняє людину від наших найближчих живих родичів.
М’які кроки проти економії енергії
Щоб з’ясувати, що дає людині така манера кроку, добровольців попросили спробувати ходити «як шимпанзе»: не ставати на п’яту, а спершу торкатися землі подушечкою стопи позаду мізинця, а потім опускати п’яту. Цю схему автори назвали «удар середньою частиною стопи» (midfoot-strike).
Учасники йшли по біговій доріжці з портативною системою вимірювання споживання кисню та виділення вуглекислого газу. Це дозволило розрахувати, скільки енергії потребує кожен тип ходи. Виявилося, що звичайна ходьба з постановкою на п’яту заощаджувала приблизно 26–41% метаболічної енергії порівняно з кроками через середню частину стопи.
Перекочування з п’яти до пальців дає змогу ефективно просуватися вперед. Натомість посадка на передню чи бокову частину стопи забезпечує іншу перевагу — більш «м’який» крок. Співавтор Натан Томпсон (Nathan Thompson) порівнює це з тим, як людина тихо переходить скрипучу підлогу: ми мимоволі стаємо на носки, щоб зменшити ударне навантаження й шум.
Експерименти з людьми та шимпанзе
У лабораторних тестах за участі 12 людей дев’ять добровольців проходили босоніж приблизно 7,5-метровий відрізок, неодноразово використовуючи свій звичний крок і змінений, з ударом середньою частиною стопи. Підлога містила металеві силові платформи, а високошвидкісні камери фіксували рухи.
Університет Стоуні-Брук надав подібні дані щодо трьох самців шимпанзе, які ходили як на двох ногах, так і на чотирьох кінцівках уздовж доріжки завдовжки близько 11 метрів. Дослідники також додали результати ще трьох шимпанзе з іншого дослідження та проаналізували дані з двох додаткових робіт загалом щодо 15 тварин.
Раніше порівняння здебільшого ґрунтувалися на описових спостереженнях. Нові ж кількісні вимірювання показали, наскільки мінливими є кроки шимпанзе: більшість часу вони ставали на бік чи передню частину стопи та рідше використовували удар п’ятою, коли йшли на двох ногах, ніж коли рухалися на чотирьох.
Люди виявилися набагато послідовнішими: при нормальній ході і місце першого контакту із землею, і кут постановки стопи змінювалися зовсім небагато як у межах окремих кроків, так і між різними учасниками. Діапазон кутів постановки стопи у шимпанзе був у 2,4–8,6 раза більшим.
Ефективність із ціною сильніших ударів
Натомість удари п’ятою означали різкіше зростання сили при контакті з поверхнею. У шимпанзе, що йшли на двох ногах, швидкість наростання навантаження (impact loading rate) при постановці на п’яту була до 138% вищою, ніж при «м’якій» серединній посадці. У людей ця різниця сягала 162%.
Ці великі сили, на думку авторів, пояснюють еволюційні зміни в будові тіла. Головка припускає, що найдавніші предки людини могли ходити більш варіативно — як сучасні шимпанзе: іноді стаючи на п’яту, іноді на всю стопу, а іноді на її передню частину. Така хода, імовірно, обмежувала дистанції, які вони могли проходити без надмірних енерговитрат.
Коли ж у ході еволюції утвердився послідовний п’ятково-носковий крок, предки людини змогли долати більші відстані. Але для безпечного перенесення високих ударних навантажень знадобилися й анатомічні адаптації — товстіші кістки п’яти, збільшені суглоби колін та щиколоток.
Автори вважають, що саме така ефективна хода сприяла розвитку стратегій полювання та збирання, коли люди щодня проходили великі відстані заради значного «харчового виграшу». У довгостроковій перспективі це могло допомогти Homo sapiens розселитися по всій планеті.
Сучасні поверхні й еволюційний баланс
Головка наголошує, що люди еволюціонували до безпечного використання цієї високоударної манери ходи в природних умовах. Водночас сучасні тверді, штучні покриття — асфальт, бетон — можуть певною мірою «збивати» цей еволюційний баланс. Це питання команда планує вивчати далі.
Разом з тим дослідники підкреслюють: активна ходьба залишається дуже корисною для здоров’я. Попри високе ударне навантаження, наші тіла еволюційно пристосовані до такого способу пересування, і уникати його немає підстав.