Какви особености на човешкото тяло се дължат на изправената стойка. Изправената поза възниква в резултат на рядка мутация

двуногия

Цикъл на ходене: опора на единия крак - двоен период на опора - опора на другия крак ...

Ходещ човек- най-естественото човешко придвижване.

Има и други определения, които характеризират това движение:

"... синергии, обхващащи цялата мускулатура и целия двигателен апарат отгоре надолу"
"... цикличен акт, тоест движение, в което едни и същи фази периодично се повтарят отново и отново."

• • Ходенето е двигателно действие, резултат от прилагането на двигателен стереотип, комплекс от безусловни и условни рефлекси.
  • Ходенето е двигателно умение, което е верига от последователно фиксирани условни рефлексни двигателни действия, които се извършват автоматично без участието на съзнанието.

Думи, близки по значение:

• en:gait - ходене.
• "походка" en: walking - характеристики на позите и движенията при ходене, характерни за конкретен човек.
• "Поза" en: Поза - обичайното положение на човешкото тяло при покой и движение, включително при ходене.

Видове ходене

като естествено движение:	като спортно и здравословно придвижване:	като средство за придвижване с военно предназначение
Ходенето е нормално Патологично ходене: в нарушение на подвижността в ставите загуба или дисфункция на мускулите в нарушение на масово-инерционните характеристики на долния крайник (Например ходене на протеза на крака, бедро) Ходене с допълнителна опора на бастун (два бастуна)	Каране на ски Уелнес ходене Скандинавско ходене (англ.) (с щеки)	Маршируване (англ.) (организирано ходене, упражнение за премерено ходене в правилни редици)

Видовете ходене не трябва да се бъркат с видовете походка. Ходенето е двигателен акт, вид двигателна дейност. Походка - характеристика на ходенето на човек, "начин на ходене"

Задачи за ходене

Задачи на ходенето като важна локомоторна функция:

• Безопасно линейно транслационно движение на тялото напред (основната задача).
• Поддържайте вертикален баланс, предотвратявайте падане при движение.
• Запазване на енергия, използване на минимално количество енергия поради нейното преразпределение по време на стъпковия цикъл.
• Осигуряване на плавно движение (внезапните движения могат да причинят повреда).
• Адаптиране на походката за премахване на болезненото движение и усилие.
• Запазване на походката при външни смущаващи влияния или при промяна на плана на движенията (стабилност на ходенето).
• Устойчивост на възможни инервационни и биомеханични нарушения.
• Оптимизиране на движението, на първо място, повишаване на ефективността на безопасното преместване на центъра на тежестта на масите с най-малко потребление на енергия.

Опции за ходене

Общи параметри на ходене

Най-често срещаните параметри, характеризиращи ходенето, са линията на движение на центъра на масата на тялото, дължината на крачката, дължината на двойната стъпка, ъгълът на завъртане на крака, опорната основа, скоростта и ритъма на движение.

• Основата на опората е разстоянието между две успоредни линии, прекарани през центровете на опората на петите, успоредни на линията на движение.
• Късата крачка е разстоянието между точката на въртене на петата на единия крак и точката на въртене на петата на контралатералния крак.
• Завоят на стъпалото е ъгълът, образуван от линията на движение и линията, минаваща през средата на стъпалото: през центъра на опората на петата и точката между 1-вия и 2-рия пръст.
• Ритъмът на ходене е съотношението на продължителността на фазата на преместване на единия крак към продължителността на фазата на преместване на другия крак.
• Скорост на ходене - броят на големите стъпки за единица време. Измерено в единици: стъпка в минута или км. в час. За възрастен - 113 стъпки в минута.

Биомеханика на ходенето

Ходенето при различни заболявания се изучава от раздела на медицината - клинична биомеханика; ходенето като средство за постигане на спортен резултат или повишаване на нивото на физическа годност се изучава от раздела за физическа култура - спортна биомеханика. Ходенето се изучава от много други науки: компютърна биомеханика, театрално и балетно изкуство, военна наука. Основата за изучаване на всички биомеханични науки е биомеханиката на здрав човек, ходещ в естествени условия. Ходенето се разглежда от гледна точка на единството на биомеханични и неврофизиологични процеси, които определят функционирането на опорно-двигателния апарат на човека.

Биомеханична структура на ходенето = + + +

Времевата структура на ходенето обикновено се основава на анализа на резултатите от подографията. Подографията ви позволява да регистрирате моментите на контакт на различни части на крака с опората. На тази база се определят времевите фази на стъпката.

Кинематиката на ходенето се изучава с помощта на контактни и безконтактни сензори за измерване на ъгли в ставите (гониометрия), както и с помощта на жироскопи - устройства, които ви позволяват да определите ъгъла на наклон на сегмент от тялото спрямо линията на гравитацията. Важен метод за изследване на кинематиката на ходенето е циклографската техника - метод за регистриране на координатите на светещи точки, разположени върху сегментите на тялото.

Динамичните характеристики на ходенето се изследват с помощта на динамографска (силова) платформа. При поддържане на силовата платформа се записва вертикалната реакция на опората, както и нейните хоризонтални компоненти. За регистриране на налягането на отделни участъци от стъпалото се използват сензори за налягане или тензодатчици, монтирани в подметката на обувката.

Физиологичните параметри на ходенето се регистрират чрез електромиографска техника - регистрация на мускулни биопотенциали. Електромиографията, в сравнение с данните от методите за оценка на времевите характеристики, кинематиката и динамиката на ходенето, е основата за биомеханичния и инервационен анализ на ходенето.

Темпорална структура на ходенето

Проста субграма с два терминала

Основният метод за изследване на темпоралната структура е подографският метод. Например, изследването на ходенето с помощта на най-простата, двуконтактна електроподография се състои в използване на контакти в подметката на специални обувки, които се затварят, когато се поддържат върху биомеханична пътека. Фигурата показва ходене в специални обувки с два контакта в петата и предната част на стъпалото. Периодът на затваряне на контакта се записва и анализира от апарата: затваряне на заден контакт - опора на петата, затваряне на заден и преден контакт - опора на цялото стъпало, затваряне на преден контакт - опора на предно стъпало. На тази база изградете графика на продължителността на всеки контакт за всеки крак.

Стъпка времева структура

Основни методи на изследване: циклография, гониометрия и оценка на движението на сегмент от тялото с помощта на жироскоп.

Методът на циклография ви позволява да регистрирате промени в координатите на светещите точки на тялото в координатната система.

Гониометрията е промяна на ъгъла на ставата чрез директен метод с помощта на ъглови сензори и безконтактно според анализа на циклограмата.

Освен това се използват специални сензори, жироскопи и акселерометри. Жироскопът ви позволява да регистрирате ъгъла на въртене на сегмента на тялото, към който е прикрепен, около една от осите на въртене, условно наречена референтна ос. Обикновено жироскопите се използват за оценка на движението на тазовия и раменния пояс, като последователно регистрират посоката на движение в три анатомични равнини - фронтална, сагитална и хоризонтална.

Оценката на резултатите ви позволява да определите във всеки момент от стъпката ъгъла на въртене на таза и раменния пояс настрани, напред или назад, както и въртене около надлъжната ос. В специални изследвания акселерометрите се използват за измерване, в този случай, на тангенциалното ускорение на подбедрицата.

За изследване на ходенето се използва специална биомеханична писта, покрита с електропроводим слой. Важна информация се получава при провеждане на традиционно в биомеханиката циклографско изследване, което, както е известно, се основава на записване на координатите на светещи маркери, разположени върху тялото на субекта, чрез видео-филмова фотография.

Динамика на ходене

Динамиката на ходенето не може да бъде изследвана чрез директно измерване на силата, която се произвежда от работещите мускули. Към днешна дата няма широко използвани методи за измерване на момента на сила на жив мускул, сухожилие или става. Въпреки че трябва да се отбележи, че директният метод, методът за имплантиране на сензори за сила и налягане директно в мускул или сухожилие се използва в специални лаборатории. Извършва се и директен метод за изследване на въртящия момент с помощта на сензори в протези на долни крайници и ставни ендопротези. Представа за силите, действащи върху човек при ходене, може да се получи или при определяне на усилието в центъра на масата на цялото тяло, или чрез регистриране на опорни реакции. На практика силите на мускулна тяга по време на циклично движение могат да бъдат оценени само чрез решаване на проблема с обратната динамика. Тоест, знаейки скоростта и ускорението на движещ се сегмент, както и неговата маса и център на масата, можем да определим силата, която причинява това движение, следвайки втория закон на Нютон (силата е право пропорционална на масата и ускорението на тялото).

Реалните сили при ходене, които могат да бъдат измерени, са силите на реакция на земята. Сравнението на силата на реакция на опората и кинематиката на стъпалото позволява да се оцени стойността на въртящия момент на съединението. Изчисляването на мускулния момент може да се направи въз основа на сравнение на кинематичните параметри, точката на приложение на опорната реакция и биоелектричната активност на мускула.

Поддържайте сила за реакция

Силата на реакция на опората е силата, действаща върху тялото от страната на опората. Тази сила е равна и противоположна на силата, упражнявана от тялото върху опората.

Вертикален компонент на силата на реакция на опората

Вертикален компонент на опорния реакционен вектор.

Графиката на вертикалния компонент на опорната реакция при нормално ходене има формата на гладка симетрична двугърба крива. Първият максимум на кривата съответства на интервала от време, когато в резултат на прехвърлянето на телесното тегло върху пързалящия се крак се получава тласък напред, вторият максимум (заден тласък) отразява активното отблъскване на крака от опорната повърхност и кара тялото да се движи нагоре, напред и към пързалящия се крайник. И двата максимума са разположени над нивото на телесното тегло и съответно при бавно темпо, приблизително 100% от телесното тегло, при произволно темпо 120%, при бързо темпо - 150% и 140%. Минимумът на опорната реакция е разположен симетрично между тях под линията на телесното тегло. Появата на минимум се дължи на задния тласък на другия крак и последващото му прехвърляне; в този случай се появява сила нагоре, която се изважда от теглото на тялото. Минималната опорна реакция при различни скорости е телесното тегло, съответно: при бавно темпо - около 100%, при произволно темпо - 70%, при бързо темпо - 40%. По този начин общата тенденция с увеличаване на темпото на ходене е увеличаване на стойностите на предните и задните удари и намаляване на минимума на вертикалния компонент на опорната реакция.

Надлъжна компонента на опорната противодействаща сила

Надлъжна компонента на вектора на опорната реакциятова всъщност е сила на срязване, равна на силата на триене, която предпазва стъпалото от плъзгане в предно-задната част. Фигурата показва графика на надлъжната опорна реакция като функция от продължителността на цикъла на стъпки при бързо темпо на ходене (оранжева крива), при средно темпо (пурпурно) и бавно темпо (синьо).

Точка на приложение на силата на опорна реакция

Реакция на земята - тези сили се прилагат върху стъпалото. Влизайки в контакт с повърхността на опората, кракът изпитва натиск от страната на опората, равен и противоположен на този, който стъпалото упражнява върху опората. Това е реакцията на опората на крака. Тези сили са неравномерно разпределени върху контактната повърхност. Като всички сили от този вид, те могат да бъдат представени като резултатен вектор, който има величина и точка на приложение.

Точката на приложение на реакционния вектор на опора върху стъпалото иначе се нарича център на натиск. Това е важно, за да се знае къде е точката на приложение на силите, действащи върху тялото от страната на опората. Когато се изследва върху силова платформа, тази точка се нарича точка на приложение на опорната противодействаща сила.

Траекторията на прилагане на опорната противодействаща сила

Основни биомеханични фази

Анализът на кинематиката, опорните реакции и работата на мускулите на различни части на тялото убедително показва, че по време на цикъла на ходене настъпва редовна промяна на биомеханичните събития. „Ходенето на здрави хора, въпреки редица индивидуални характеристики, има типична и стабилна биомеханична и инервационна структура, т.е. определена пространствено-времева характеристика на движенията и мускулната работа“ .

Пълен цикъл на ходене - период с две стъпки - се съставя за всеки крак от фазата на опора и фазата на преместване на крайника.

При ходене човек постоянно се опира на единия или другия крак. Този крак се нарича опорен крак. В този момент контралатералният крак се изнася напред (това е преносимият крак). Фазата на люлеене се нарича фаза на люлеене. Пълен цикъл на ходене - период с две стъпки - се съставя за всеки крак от фазата на опора и фазата на преместване на крайника. По време на периода на опора активното мускулно усилие на крайниците създава динамични удари, които придават на центъра на тежестта на тялото необходимото ускорение за транслационно движение. При ходене със средно темпо, фазата на стойка продължава приблизително 60% от цикъла на двойна стъпка, фазата на люлеене приблизително 40%.

За начало на двойна стъпка се счита моментът на контакт на петата с опората. Обикновено кацането на петата се извършва на външната й част. Оттук нататък този (десен) крак се счита за опорен. В противен случай тази фаза на ходене се нарича преден тласък - резултат от взаимодействието на гравитацията на движещ се човек с опора. В този случай на опорната равнина възниква опорна реакция, чийто вертикален компонент надвишава масата на човешкото тяло. Тазобедрената става е в положение на флексия, кракът е изпънат в колянната става, стъпалото е в положение на лека дорзална флексия. Следващата фаза на ходене е почивка на цялото стъпало. Тежестта на тялото се разпределя върху предната и задната част на опорния крак. Другият, в случая левият крак, поддържа контакт с опората. Тазобедрената става поддържа позицията на флексия, коляното се огъва, омекотявайки инерционната сила на тялото, стъпалото заема средно положение между гърба и плантарната флексия. След това подбедрицата се навежда напред, коляното е напълно изпънато, центърът на масата на тялото се премества напред. През този период на стъпка движението на центъра на масата на тялото става без активното участие на мускулите, поради силата на инерцията. Поддръжка за предната част на стъпалото. След около 65% от времето на двойната стъпка, в края на опорния интервал, тялото се избутва напред и нагоре поради активна плантарна флексия на стъпалото - реализира се задно избутване. Центърът на масата се премества напред в резултат на активно мускулно съкращение. Следващият етап - фазата на прехвърляне се характеризира с отделяне на крака и изместване на центъра на масата под въздействието на инерцията. В средата на тази фаза всички основни стави на крака са в позиция на максимална флексия. Цикълът на ходене завършва с момента на контакт на петата с опората. В цикличната последователност на ходене се разграничават моменти, когато само единият крак е в контакт с опората („период на една опора“) и двата крака, когато изпънатият напред крайник вече е докоснал опората, а разположеният отзад не е все пак се отделят ("фаза на двойна опора"). С увеличаване на темпото на ходене "периодите на две опори" се съкращават и напълно изчезват при преминаване към бягане. По този начин, по отношение на кинематичните параметри, ходенето се различава от бягането по наличието на фаза с две опори.

Ефективност при ходене

Основният механизъм, който определя ефективността на ходенето, е движението на общия център на масата.

движение на CCM, Трансформация на кинетична (T k) и потенциална (E p) енергия

Движението на общия център на масата (MCM) е типичен синусоидален процес с честота, съответстваща на двойна стъпка в медиолатерална посока и с двойна честота в предно-задна и вертикална посока. Изместването на центъра на масата се определя по традиционния циклографски метод, като общият център на масата се обозначава върху тялото на обекта със светещи точки.

Въпреки това е възможно да се направи по по-прост, математически начин, като се знае вертикалната компонента на силата на реакция на опората. От законите на динамиката ускорението на вертикалното движение е равно на съотношението на силата на реакция на опората към масата на тялото, скоростта на вертикалното движение е равна на съотношението на продукта на ускорението към интервала от време, а самото движение е продукт на скоростта към времето. Познавайки тези параметри, човек може лесно да изчисли кинетичната и потенциалната енергия на всяка стъпка. Кривите на потенциалната и кинетичната енергия са, така да се каже, огледални изображения една на друга и имат фазово изместване от приблизително 180°. Известно е, че махалото има максимална потенциална енергия в най-високата точка и я превръща в кинетична енергия, отклонявайки се надолу. В този случай част от енергията се изразходва за триене. Докато вървим, още в самото начало на опорния период, веднага щом GCM започне да се покачва, кинетичната енергия на нашето движение се превръща в потенциална енергия и обратно, тя се превръща в кинетична енергия, когато GCM се понижи. Така се пести около 65% от енергията. Мускулите трябва постоянно да компенсират загубата на енергия, която е около тридесет и пет процента. Мускулите се включват, за да преместят центъра на масата от долната позиция към горната, попълвайки загубената енергия.

Ефективността при ходене е свързана с минимизиране на вертикалното движение на общия център на масата. Въпреки това, увеличаването на енергията на ходене е неразривно свързано с увеличаване на амплитудата на вертикалните движения, т.е. с увеличаване на скоростта на ходене и дължината на стъпката, вертикалният компонент на движението на центъра на масата неизбежно се увеличава.

По време на фазата на стойката на крачката има постоянно компенсаторно движение, което минимизира вертикалното движение и осигурява плавно ходене.

За отговорите на задачи 29-32 използвайте отделен лист. Първо запишете номера на задачата (29, 30 и т.н.), а след това отговора на нея. Напишете отговорите си ясно и четливо.

ВИДОВЕ УСТРОЙСТВА

Фитнесът е относителната целесъобразност на структурата и функциите на тялото, която е резултат от естествения подбор.

форма на тялотоживотните им позволява да се движат лесно в подходяща среда, прави организмите незабележими в околната среда, например морското конче събирач на парцали. Прикриване- сходството на организма с всеки обект от околната среда по цвят, форма на тялото, например пръчково насекомо. Защитно оцветяванескрива организма в околната среда, прави го невидим, например скакалец. Дисекционно оцветяване- редуването на светли и тъмни ивици по тялото създава илюзията за редуване на светлина и сянка, замъглява контурите на животното, например зебра, тигър. Предупредително оцветяване- ярко оцветяване, което показва наличието на токсични вещества или специални жилещи органи за защита, опасността на тялото за хищник, например земна пчела, оса. Мимикрия- имитация на незащитени организми от добре защитени, например глуха коприва. Адаптивно поведение- навици, инстинкти, насочени към защита от врагове и действия на фактори на околната среда (заплашителна поза, предупреждение и плашене на врага, замръзване, грижа за потомство, съхранение на храна, изграждане на гнездо, дупки и др.).

Растенията също са развили адаптации за защита, размножаване и разпространение: бодли; ярък цвят на цветята при опрашвани от насекоми растения; различно време на узряване на тичинките и яйцеклетките предотвратява разпространението на семената. Модификациите на различни органи в растенията са адаптации към пренасяне на неблагоприятни условия и вегетативно размножаване.

1) Каква е природата на адаптациите в живите организми? Обяснете отговора.

2) Някои животни имат цветове, които съчетават ярки цветове, като черно и червено, черно и жълто. Какво е биологичното значение на това оцветяване?

3) Как растенията се адаптират към липсата на влага? Дай примери.

Покажи отговора

1) Адаптациите имат относителен и временен характер, тъй като те помагат на организма да оцелее само в условията, в които са възникнали.

2) Това оцветяване се нарича предупреждение, показва наличието на токсични вещества в животното или специални жилещи органи за защита, опасността на тялото за хищника.

3) Съхранявайте вода в листата или стъблата (алое, кактус); дълги корени (камилски трън); листата са покрити с восъчно покритие или опушени, твърди издънки (саксаул, перушина) или модифицирани в бодли (кактуси).

Разгледайте таблицата "Химичен състав на захарните водорасли." Отговори на въпросите.

Химическият състав на захарните водорасли

1) За да се компенсира липсата на какъв елемент се препоръчва използването на водорасли?

2) Колко дневни точки от този елемент съдържат 100 g сухо вещество от водорасли?

3) Какво заболяване се предотвратява чрез ядене на водорасли?

Покажи отговора

Верният отговор трябва да съдържа следните елементи:

3) ендемична гуша.

Разгледайте таблиците и изпълнете задачи 31 и 32.

Енергийни разходи за различни видове физическа активност

Василий е водещ играч в отбора по водна топка. Използвайки данните в таблиците, предложете на Василий оптимално калорично меню, което му позволява да компенсира разходите за енергия след тренировка, продължила 1 час и 35 минути.

Когато избирате, имайте предвид, че Василий обича шоколадов сладолед и пие чай без захар.

В отговора си посочете разходите за енергия, препоръчителните ястия, калоричното съдържание на обяда и количеството мазнини в него.

Показване на таблици

Енергийна и хранителна стойност на продуктите

Човек се характеризира с вертикално положение на тялото, базирано само на долните крайници. Гръбнакът на възрастен има извивки. При бързи, резки движения извивките се отдръпват и омекотяват ударите. При бозайниците, които разчитат на четири крайника, гръбначният стълб няма такива извивки.

Човешкият гръден кош е разширен настрани поради изправена поза. При бозайниците тя е странично компресирана.

Една от най-характерните особености на човешкия скелет е устройството на ръката, превърнала се в орган на труда. Костите на пръстите са подвижни. Най-подвижният, добре развит палец при хората е разположен срещу всички останали, което е важно за различни видове работа - от цепене на дърва, което изисква силни метещи движения, до сглобяване на ръчни часовници, което е свързано с тънки и точни движения на пръстите.

Масивните кости на долните крайници на човек са по-дебели и по-здрави от костите на ръцете, тъй като краката носят цялата тежест на тялото. Сводестият крак на човек при ходене, бягане, скачане пружинира, омекотява ударите.

В скелета на човешката глава мозъчната част на черепа преобладава над лицевата. Това се дължи на голямото развитие на човешкия мозък.

2.4. Първа помощ при наранявания на скелета

Първа помощ при навяхвания и изкълчвания.В резултат на неудобни движения или натъртвания връзките, които свързват костите в ставата, могат да бъдат увредени. Има оток около ставата, понякога кръвоизлив, появява се силна болка. Това нараняване на ставите се нарича разтягане.

Когато оказвате помощ на увредената зона, трябва да прикрепите леден пакет или кърпа, навлажнена със студена вода. Охлаждането облекчава болката, предотвратява развитието на оток и намалява обема на вътрешното кръвообращение. При изкълчване на връзките е необходима и стегната фиксираща превръзка. Невъзможно е разтягане, издърпване и загряване на увредения крайник. След като окажете първа помощ, трябва да посетите лекар.

Неудобните движения в ставата могат да причинят силно изместване на костите - дислокация.При дислокация ставната глава излиза от ставната кухина. Има изкълчване, а понякога и разкъсване на връзките, което е съпроводено със силна болка. Опитите за отстраняване на луксация без лекар могат да причинят още по-сериозни щети.

Първата помощ при изкълчване е първо да се осигури пълна почивка на ставата. Ръката трябва да бъде окачена на шал или превръзка, а на крака да се постави шина с помощта на импровизирани средства (дъски, ленти от дебел картон). За да се намали болката, върху увредената става трябва да се приложи компрес с лед или студена вода. Тогава жертвата трябва да бъде отведена на лекар.

Първа помощ при счупени кости.Въпреки силата, с наранявания, тежки натъртвания, падания, костите понякога се чупят. Появяват се по-често счупваниякости на крайниците.

Ако има съмнение за фрактура, само пълната неподвижност на увредената част на тялото ще облекчи болката и ще предотврати изместването на костни фрагменти, което може да увреди околните тъкани с остри ръбове.

Счупеният крайник се обездвижва с шинова превръзка. В лечебните заведения и аптеките се предлагат специални гуми. На мястото на произход те могат да бъдат направени от дъски, клони, картон. За да се предотврати натискането на гумата върху счупването, под нея се поставя мека постелка. Гумата трябва да се намира не само върху повредената зона, но и върху съседните. Така че, в случай на фрактура на костите на предмишницата, шината трябва да минава както на рамото, така и на ръката. В този случай части от счупената кост не се движат. Гумата е плътно превързана към крайника с широки бинтове, кърпа и др. Ако няма шина, счупената ръка се превързва към тялото, а нараненият крак към здравия.

При открити фрактуриострите краища на счупена кост разкъсват мускули, кръвоносни съдове, нерви и кожа. След това трябва да обработите раната, да поставите чиста превръзка и след това шина.

Не всяка фрактура може да бъде шинирана. Ако има съмнение за фрактура ребражертвата е помолена да издиша колкото е възможно повече въздух от белите дробове и след това да диша повърхностно. При такова дишане гръдният кош е плътно превързан. Ребрата, стегнати в позицията на издишване, правят много ограничени движения.

За фрактури гръбначен стълбнеобходимо е да поставите жертвата върху плоска твърда повърхност с лицето надолу и да се обадите на линейка. В никакъв случай пострадалият не трябва да се транспортира в седнало положение, тъй като под тежестта на тялото гръбнакът може да се премести и да увреди гръбначния мозък.

За наранявания черепижертвата трябва да бъде поставена по гръб, леко повдигната глава, за да се избегнат вътречерепни кръвоизливи и незабавно да се обадите на лекар.

Руски археолог, д.ф.н. (инж.), водещ научен сътрудник, отдел „Археология на палеолита“, Институт по история на материалната култура на Руската академия на науките (ИИМК РАН, Санкт Петербург).

"В началото имаше крак."

М. Харис. "Нашето семейство".

При цялото многообразие от хипотези, които обясняват появата на хората, на преден план почти неизменно се поставят две събития, които се смятат за ключови за началото на процеса на хоминизация. Тези събития са преходът на някои от висшите човекоподобни маймуни (хоминоиди) от предимно дървесен начин на живот в горите към предимно сухоземно съществуване в открити или мозаечни пейзажи и развитието на изправено ходене край тях. Смята се, че първият, като е поставил предците на хоминидите пред необходимостта да се адаптират към нова, необичайна среда, ги е тласнал да търсят нови екологични ниши и е стимулирал развитието на инструментална дейност, социалност и т.н., а второто, което доведе до освобождаване на предните крайници от мускулно-скелетната функция, беше необходима предпоставка за такова развитие. Ако беше възможно да се обясни какво точно е довело до промяна в местообитанието, което е довело до промяна в начина на движение и, най-важното, защо тези две събития са направили адаптацията недостатъчна по обичайния биологичен начин, тласкайки към реализирането на културен (т.е. преди всичко интелектуален) потенциал, тогава основният проблем на антропогенезата може да се счита за решен в общи линии. Междувременно отговорът е повече или по-малко ясен само на първия от изброените въпроси (повече за това по-късно), докато по отношение на причините и последствията от прехода към изправена стойка диапазонът от мнения е много голям и степента на яснота тук е обратно пропорционална на нарастващия брой хипотези. Въпреки че много малко теми, свързани с изучаването на антропогенезата, са породили толкова много дискусии, колкото произхода на двуногостта, това събитие остава загадка, като наистина е „проклетият въпрос“ на палеоантропологията. В теоретичните конструкции, постулиращи определени последователности от взаимозависими събития в човешката еволюция, тази точка е самата „слаба връзка“, поради крехкостта на която цялата верига се разпада. Тъй като е невъзможно да се направи без тази връзка, е необходимо нейното „възстановяване“.

Повечето от авторите, които се докосват до произхода на двуногостта при хоминидите, са сигурни, че това свойство от самото начало е дало някои предимства на своите собственици, в противен случай просто не би възникнало. Гледната точка без съмнение е абсолютно логична, но какви са били тези предимства според тези, които я споделят? Предложени са много отговори на този въпрос, но нито един от тях, както ще видим, не може да се счита за убедителен.

Според широко разпространената хипотеза преходът на човешките предци към изправено положение или, както антрополозите често казват, към ортоградно придвижване, се обяснява с необходимостта от адаптиране към открити пейзажи, т.е. към живот в саваната, в степта, на места, лишени или почти лишени от дървесна растителност. Още през миналия век тази идея е изразена от френския натуралист Жан-Батист Ламарк, който пръв създава холистична теория за еволюцията на органичния свят, и английския натуралист Алфред Уолъс, който едновременно развива теорията за естествен подбор заедно с Дарвин. Въпреки това, един факт, който Ламарк и Уолъс не биха могли да знаят, но техните съвременни последователи трябва да знаят, прави тази хипотеза изключително съмнителна. Факт е, че както се оказа в резултат на многобройни изследвания, проведени на границата на миналото и настоящето хилядолетия, ранните хоминиди все още не са живели в саваната, а в райони, където тропическите гори са били запазени или дори доминирани. Съдейки по химичния състав на древните почви, прашеца на изкопаемите растения и видовия състав на животните, чиито кости придружават скелетните останки на най-древните предци на човека, както австралопитеките, така и ардипитеците и освен това техните предшественици са живели предимно в джунглата. Следователно преходът към двукрак не е и не може да бъде свързан с адаптиране към открити пейзажи. Освен това е напълно неразбираемо защо всъщност, живеейки в саваната, трябва да ходите на два крака? В края на краищата съвременните маймуни, живеещи в безлесни райони (бабуини, някои популации на макаци), остават четириноги и изглежда изобщо не страдат от това. И двете възражения, между другото, напълно се отнасят до някога популярната идея, че хоминидите са се изправили, уж поради необходимостта да виждат по-далеч и да се ориентират по-добре в саваната, където е необходим добър изглед за търсене на храна и за откриване на опасност в своевременно.

Друго обяснение за формирането на изправено ходене, дори по-често срещано от предишното (но може и да се комбинира с него), е предположението, че двуногието е било необходимо за освобождаване на ръцете, което от своя страна е било необходимо за производството на инструменти и наистина е дал на човека много важни предимства пред другите животни (фиг. 5.1). Тази идея често се изразява още през деветнадесети век. Той намери своя класически израз в трудовете на Дарвин и Енгелс и беше възприет от много по-късни автори. „Човекът“, пише Дарвин, „не би могъл да достигне сегашното си господстващо положение в света без използването на ръце, които са толкова възхитително приспособени да служат на неговата Воля. ... Но докато ръцете са били редовно използвани за движение, те едва ли са могли да станат достатъчно съвършени за правене на оръжия или точно хвърляне на камъни и копия. ... Само поради тези причини би било полезно човек да стане двуног ... ". На пръв поглед е невъзможно да се оспорят горните аргументи: какво всъщност може да бъде човек без ръце и какви ръце може да има същество, което се движи на четири крака? Тук обаче, както и в предишния случай, хармонията на предложеното обяснение е нарушена от някои факти, станали известни само век след публикуването на цитираната работа на Дарвин. Първо, съдейки по наличните сега археологически данни, първите каменни сечива са се появили най-малко два, а по-скоро три или дори четири милиона години по-късно от първите изправени хоминиди. Второ, те направиха и използваха тези инструменти, почти сигурно, докато седяха, така че проблемът с освобождаването на ръцете просто не възникна. Разбира се, по-удобно е да работите, да речем, на струг или дърводелска работна маса, докато стоите, но преди това първите хоминиди бяха все още много далеч. Тези трудови операции, които са били необходими и достъпни за тях, са много по-лесни за извършване в седнало положение. Във всеки случай точно това предпочитат да правят човекоподобните маймуни, когато например чупят ядки с тежки камъни, и археолозите експериментатори, когато се опитват да направят инструменти от кремък, кост или дърво, идентични с тези, открити при разкопки.

Между другото, трябва да се отбележи, че формирането на двукрак при човешките предци, очевидно, не е уникално събитие в еволюционната история на хоминоидите. Още от средата на миналия век някои изследователи започнаха да подозират, че много преди появата на първите хоминиди на Земята вече са живели изправени маймуни. Основание за подобни подозрения са костните останки на Ореопитек, който, съдейки по географската локализация на палеонтологичните находки, е живял главно в южната част на сегашния Апенински полуостров, в тази част от него, която е била остров през миоцена. Неотдавнашно проучване на тези материали от група испански и италиански антрополози отново потвърди, че ореопитекът не само може, но може би дори предпочита да се движи по земята на два крака. Това се доказва от признаци като огъване на долната част на гръбначния стълб в предна посока, вертикално разположена колянна става, както и някои структурни характеристики на таза, които намират аналогии в анатомията на Australopithecus afarensis. Освен това се оказа, че тези хоминоиди, които са изчезнали още преди 8 или 7 милиона години, също се отличават със структура на ръцете, която не е съвсем обичайна за маймуните. Понякога дори се твърди, че те могат да вземат и държат различни предмети с пръсти с такава сръчност, която по-късно е била достъпна само за хората и техните предци, като се започне от австралопитека. Как ореопитеците са използвали това свое качество - ако наистина са го притежавали 1 - не е известно. Може би просто за да откъснат малко плодчета от дърветата и да ги сложат в устата, или може би за някакво действие, което да ги доближи още повече в очите ни до хоминидите. Вярно е, че според някои важни характеристики, например в структурата на зъбите, Oreopithecus са по-близо до нисшите маймуни, отколкото до антропоидите. Те също не можеха да се похвалят с голям мозък, както и с голям размер на тялото. Според наличните реконструкции средното тегло на тези хоминоиди е приблизително 30-40 кг. Въпреки това наличието на ясни паралели с еволюцията на хоминидите е много интересно и ни кара да си припомним още веднъж, че природата е имала различни възможности за развитие.

Преходът към двукрак и освобождаването на предните крайници от мускулно-скелетната функция също се свързва с необходимостта да се носи храна и малки, или да се сигнализира с жестове, или да се изплашат хищници, като се хвърлят камъни и пръчки по тях и т.н. Всички предположения от този вид обаче се основават на явно преувеличаване на ролята на еднократни, спорадични действия (хвърляне, жестикулиране, носене на предмети), с които съвременните маймуни могат лесно да се справят, без да променят начина си на движение. Шимпанзетата, например, са напълно способни да накарат леопард да избяга, като размахват бодливи клони или влачат купища тежки камъни до места, където има много от любимите им ядки с твърда черупка, след което използват тези камъни като чукове и наковални. Но фактът, че те доста често са принудени да използват предните си крайници като ръце, не им пречи да бъдат все още, както преди милиони години, четириноги.

Много по-интересни и може би по-обещаващи са онези опити да се отговори на „проклетия“ въпрос, където акцентът е върху намирането на енергийните ползи, осигурени от двукракото движение. Биоенергийната хипотеза обяснява появата на двукракия живот с по-голямата енергийна ефективност на двукракия човек в сравнение с четириногите маймуни (фиг. 5.2). Основната слабост на това обяснение е, че то се позовава на предимствата на изправената стойка, които биха могли да се проявят само при напълно развит двукрак човек, но който би бил почти напълно незабележим в процеса на неговото развитие, особено в ранните етапи на прехода . Дори ако придвижването на два крака, както е известно на съвременните хора, наистина е по-енергийно полезно от придвижването на четири крака (което обаче все още не е напълно изяснено), това изобщо не означава, че същите предимства са характерни и за походката на ранни хоминиди. Очевидно той беше много различен от нашия и далеч не беше толкова ефективен (повече за това по-долу).

Привържениците на хипотезата за терморегулация виждат причината за прехода на нашите предци към двукрак във факта, че вертикалното положение на тялото по време на интензивна дневна активност в горещата савана предпазва хоминидите от топлинен стрес. Наистина, повърхността на тялото, изложена на пряка слънчева светлина, е много по-малка при изправен човек, отколкото при четирикрако създание със същия размер и, както лесно можете да си представите, тази разлика се увеличава, когато слънцето наближава зенита . Въпреки това, както сега знаем, през първите милиони години от тяхната история, изправени хоминиди са живели главно в джунглата, а не в саваните, и следователно не са били по-застрашени от топлинен стрес от съвременните горили или шимпанзета.

За да бъде пълна картината, можем да споменем и т. нар. „водна“ хипотеза, според която ортоградността на ранните хоминиди е резултат от приспособяване към живот на рафта, във водна среда (фиг. 5.3). Някога тази идея беше активно обсъждана в псевдонаучната литература, но сред професионалните антрополози, с малки изключения, тя нямаше и няма поддръжници. Причината за това е проста и се крие във факта, че тази хипотеза се основава единствено на предположения от полуфантастичен характер, неподкрепени от абсолютно никакви конкретни материали. Няма факти, които поне косвено да показват, че първите членове на човешкия род са „излезли от водата“, освен ако, разбира се, не считаме за такива препратки, например, към нашата способност да плуваме, което изглежда не присъщи на шимпанзетата, или на факта, че хората имат по-дебел от другите примати слой подкожна мазнина.

По този начин се оказва, че намирането на някакви специфични ползи, които биха могли да бъдат свързани с двуногостта в ранните етапи на развитие, е много трудно, ако не и невъзможно. Убедителна причина за „прехода към ортоградно придвижване все още не е намерена“, а началото на антропогенезата „се стопява в трепереща мъгла от несигурности“, призна преди 15 години виден руски изследовател на човешката еволюция. 2 Ситуацията не се е променила оттогава. Наистина броят на хипотезите значително се увеличи и продължава да расте, но броят им някак си не преминава в качество. Антрополозите, разбира се, не губят оптимизъм, надявайки се, че откриването на нови кости и усъвършенстването на методите за изучаването им в крайна сметка ще даде отговор на проклетия въпрос, но тези надежди могат да се сбъднат само ако двуногият живот наистина е донесъл някои предимства на първите хоминиди. Въпреки това, наистина ли е необходимо? Ами ако нямаше ползи?

1 Има съмнения относно това (Susman R.L. Oreopithecus bambolii: малко вероятен случай на подобна на хоминид способност за захващане при миоценска маймуна // Journal of Human Evolution, 2004, том 46, номер 1, стр. 103-115).

2 Алексеев В.П. Антропогенезата - решен проблем или поредица от нови проблеми? // Човекът в системата на науките. М., 1989, стр. 113.

Сравнявайки формата на скелетите на двеста организми, живели на Земята през последните 250 милиона години, със съответните генетични промени, антропологът Арън Филър от Харвардския музей по сравнителна зоология и Института по гръбначни заболявания Cedars Sinai предложи нова хипотеза за произхода на двуногостта. Според него древните предци на хората са успели да изправят гърба си в резултат на случайна мутация на така наречения хомеотичен ген, който е отговорен за образуването на повтарящи се елементи в ембриона. Обикновено такива мутации водят до ужасни деформации като ръце и крака, които растат на място в духа на Последния крал на Шотландия.

Но именно такава мутация позволила на една от маймуните в центъра на Африка да стане прародител на най-съвършеното същество на Земята в момента - човека.

И това се е случило преди поне 20 милиона години.

Преходът от четири лапи към две стана възможен поради изместването на центъра на тежестта назад и надолу: към сакралната област и зад гръбначния стълб. Дълго време се смяташе, че това им позволява да поддържат баланса, необходим за двукрак начин на живот, и в крайна сметка да носят на раменете си непропорционално тежка глава според стандартите на животинското царство. Механизмът на този преход обаче остава неясен.

Останките от най-древното известно двуного, Morotopithecus bishopi, които са на повече от 20 милиона години, помогнаха да се разбере този въпрос. Открит в Уганда през 60-те години на миналия век, новият вид първоначално се интересуваше само от тесни специалисти. Въпреки това, през 1997 г. палеонтологът Лора Маклечи от университета Брук в Ню Йорк доказа, че Morotopithecus е двуног, а през 2006 г. беше разкрита приликата му с възможни човешки предци.

Всички класове гръбначни животни се различават фундаментално по броя и състава на всички части на гръбначния стълб, достигайки най-високо развитие при бозайниците. Преди това Филър докладва за характеристиките на прешлените, или по-скоро техните процеси, в изправено положение. Напречните израстъци, към които са прикрепени задните мускули, са „насочени“ напред в тетраподите.

При Morotopithecus някои от тези процеси бяха обърнати назад и това му позволи, поради мускулния тонус, поне частично да изправи гърба си.

Други характеристики на двуногия скелет, като прикрепването на ребрата и изкривяването на гръбначния стълб, се появяват по-късно като средство за компенсиране на натоварването и улесняване на движението. Подобна структура и положение на тялото в пространството направи възможно развитието не само на модерния специализиран раменен пояс на човекоподобните маймуни, но и на голямата мозъчна област на черепа.

Все още не е ясно как е могла да възникне необичайна мутация. Отговорът е намерен в пресечната точка на ембриологията, генетиката и сравнителната анатомия.

Сравнявайки данните за формата на прешлените и промените в гените, отговорни за тяхното образуване, Филър проследява промяната в поддържащия апарат на гръбначните животни през последните 250 милиона години. И се оказа, че повечето от еволюционните скокове, които преди това не са имали ясна обосновка, са свързани с мутации в групата хомеотични гени, споменати по-горе.

При всички животни те са отговорни за полагането на повтарящи се сегменти на тялото в ембриона, като прешлените и гръбните мускули. Мутациите в тези гени водят до най-тежките аномалии в развитието, но, както се оказа, именно тези мутации изиграха ключова роля в човешкото развитие.

Неуспехите в наследяването на генетичната информация и естественият подбор се считат повече от век за основната движеща сила на еволюцията, допринасяща за развитието на организмите.

Изненадващо, в този случай мутацията предизвика по-скоро движение в миналото - в крайна сметка животинският свят отдавна беше преодолял етапа на ходене на два крака. Най-съвършените животни от онова време са ходили на четири крака в продължение на много милиони години и кой би могъл да знае, че за нас тази „мутация в миналото“, обикновено несъвместима с живота, ще се окаже толкова важна.