Уловки эволюции. Ученые рассказали, какой сустав дал человеку преимущество перед обезьянами

Команда ученых со всего мира погрузилась в тайну двуногого передвижения и обнаружила неожиданный поворот. Новое исследование показало, что пружинистая отдача свода играет главную роль в изменении положения наших лодыжек для более эффективного шага. Бег, похоже, максимизирует этот пружинящий эффект, намекая на то, что наши предки, возможно, были отобраны за их беговое мастерство. Это также повышало эффективность ходьбы. Разгадка этих эволюционных тайн может дать надежду современным людям, страдающим от проблем со стопами, пишет News Medical.

В Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и увлекательные новости из мира науки!

"Первоначальные теории предполагали, что наш пружинистый свод стопы действует как батут, подталкивая наше тело к следующему шагу, — объясняет доктор Лорен Велте, ведущий автор исследования, которая занималась этой научной работой в Королевском Университете, а в настоящее время работает в Университете Висконсин-Медисон, — Удивительно, но мы обнаружили, что отдача свода на самом деле помогает голеностопу поднимать тело".

Эволюционный марш

Изменение анатомии стопы, в частности, развитие приподнятого медиального свода — признак, отличающий нас от наших двоюродных братьев-обезьян, играющий ключевую роль в двуногой локомоции. Хотя детали неясны, ограничение подвижности свода, по-видимому, приводит к большим затратам энергии во время бега. С другой стороны, разгибание свода может сделать нас готовыми к марафону за счет перемещения центра масс тела вперед или снижения механической нагрузки на мышцы.

Для проверки этих теорий исследователи привлекли семь человек с разной степенью гибкости стопы, чья работа ног была зафиксирована в действии с помощью высокоскоростных рентгеновских камер движения. Высота свода стопы каждого участника была задокументирована, а их правые стопы получили 3D-карту с помощью компьютерной томографии. Были созданы строгие модели, которые сравнивались с реальным движением стопы для анализа влияния гибкости свода на соседние суставы. Они также изучили, какие суставы играют ключевую роль в отдаче свода и его вклад в общее движение тела и голеностопа.

Крепко встав на обе ноги

Исследователи приступили к работе, ожидая обнаружить, что отдача свода помогает ему стопы поднимать тело. Вместо этого они обнаружили, что негибкий свод без отдачи либо заставляет стопу преждевременно отрываться от земли, что потенциально снижает эффективность икроножных мышц, либо чрезмерно наклоняет кости лодыжки вперед. Последнее отражает походку прогуливающихся шимпанзе, а не вертикальную позу, характерную для человеческого шага. Пружинистая арка стала ключевым элементом, помогая переориентировать голеностоп для более мощного отталкивания от земли. Этот положительный эффект еще более выражен при беге, что намекает на то, что хорошие бегуны могли склонить наших предков к эволюционному преимуществу гибкого свода.

Также, исследователи выяснили, что ключевую роль в гибкости свода играет сустав между двумя костями медиального свода. Отслеживание изменений в этом суставе может дать ключ к разгадке временных рамок перехода наших предков к вертикальной ходьбе.

"Проворство наших ног, по-видимому, способствует вертикальной ходьбе и бегу, а не заставляет нас наклоняться вперед или преждевременно переходить на следующий шаг", — говорит доктор Майкл Рейнбоу из Королевского Университета, старший автор исследования.

Движение в сторону здоровья

Эти открытия также открывают многообещающие терапевтические пути для людей, страдающих от жестких сводов вследствие травм или болезней. Повышение гибкости свода может улучшить общую подвижность.

"Наши результаты свидетельствуют о том, что движение свода во время движения повышает эффективность движения, — отмечает Велте, — Ограничение движения свода, вероятно, приводит к соответствующим изменениям в функционировании других суставов".

"Наша гипотеза все еще нуждается в более тщательной проверке — нам нужно подтвердить, что вариации гибкости стопы в разных популяциях действительно вызывают эффекты, которые мы наблюдали в нашей небольшой выборке, — предостерегает Рейнбоу, — Однако наши результаты наметили новый захватывающий курс для будущих исследований".

Ранее Фокус писал о том, почему же так тяжело ходить по песку. С одной стороны, ходьба или бег по песку требует больше энергии, но с другой стороны таким образом можно помочь своему организму восстановиться после травм.