Які риси людського тіла обумовлені прямоходінням. Прямоходження виникло внаслідок рідкісної мутації

Прямоходіння

Цикл ходьби: опора на одну ногу - двоопорний період - опора на іншу ногу.

Ходьба людини- Найбільш природна локомоція людини.

Існують інші визначення, що характеризують цю локомоцію:

«…синергії, що охоплюють всю мускулатуру і весь руховий апарат згори до низу»
«…циклічний акт, тобто рух, у якому періодично повторюються знову і знову одні й самі фази».

• • Ходьба - це рухова дія, результат реалізації рухового стереотипу, комплексу безумовних та умовних рефлексів.
  • Ходьба - це рухова навичка, яка є ланцюгом послідовно закріплених умовно рефлекторних рухових дій, які виконуються автоматично без участі свідомості.

Близькі за значенням слова:

• en:gait – ходьба.
• "Хода" en: walking - особливості поз і рухів при ходьбі, характерний для конкретної людини.
• «Постава» en:Posture – звичне становище тіла людини у спокої та русі, у тому числі при ходьбі.

Види ходьби

як природної локомоції:	як спортивної та оздоровчої локомоції:	як військово-прикладної локомоції
Ходьба нормальна Патологічна ходьба: при порушенні рухливості у суглобах при втраті або порушенні функції м'язів при порушенні мас-інерційних характеристик нижньої кінцівки (Наприклад, ходьба на протезі гомілки, стегна) Ходьба з додатковою опорою на тростину (на дві тростини)	Ходьба на лижах Ходьба оздоровча Ходьба нордична (eng.) (з опорою на палиці)	Маршівка (eng.) (організована ходьба, вправа в мірному ходженні правильними побудованими рядами)

Не слід плутати види ходьби з видами ходи. Ходьба – руховий акт, різновид рухової активності. Хода – особливість ходьби людини, «манера ходити»

Завдання ходьби

Завдання ходьби як важливої ​​локомоторної функції:

• Безпечне лінійне поступальне переміщення тіла вперед (головне завдання).
• Утримання вертикального балансу, запобігання падінню під час руху.
• Збереження енергії, використання мінімальної кількості енергії рахунок її перерозподілу протягом циклу кроку.
• Забезпечення плавності пересування (різкі рухи можуть бути причиною пошкодження).
• Адаптація ходи для усунення хворобливих рухів та зусиль.
• Збереження ходи при зовнішніх впливах, що обурюють, або при зміні плану рухів (Стабільність ходьби).
• Стійкість до можливих іннерваційних та біомеханічних порушень.
• Оптимізація пересування, насамперед, підвищення ефективності безпечного переміщення центру ваги мас із найменшою витратою енергії.

Параметри ходьби

Загальні параметри ходьби

Найбільш загальними параметрами, що характеризують ходьбу, є лінія переміщення центру мас тіла, довжина кроку, довжина подвійного кроку, кут розвороту стопи, база опори, швидкість переміщення та ритмічність.

• База опори - це відстань між двома паралельними лініями, проведеними через центри опори п'ят паралельно лінії переміщення.
• Короткий крок – це відстань між точкою опори п'яти однієї ноги та центром опори п'яти контралатеральної ноги.
• Розворот стопи - це кут, утворений лінією переміщення та лінією, що проходить через середину стопи: через центр опори п'яти та точку між 1 та 2 пальцем.
• Ритмічність ходьби – відношення тривалості переносної фази однієї ноги до тривалості переносної фази іншої ноги.
• Швидкість ходьби – кількість великих кроків за одиницю часу. Вимірюється в одиницях: крок за хвилину або км. в годину. Для дорослого – 113 кроків за хвилину.

Біомеханіка ходьби

Ходьбу при різних захворюваннях вивчає розділ медицини - клінічна біомеханіка; ходьбу як засіб досягнення спортивного результату чи підвищення рівня фізичної підготовленості вивчає розділ фізичної культури – спортивна біомеханіка. Ходьбу вивчають багато інших наук: комп'ютерна біомеханіка, театральне та балетне мистецтво, військова справа. Основою вивчення всіх біомеханічних наук є біомеханіка ходьби здорової людини у природних умовах. Ходьбу розглядають з позиції єдності біомеханічних та нейрофізіологічних процесів, що визначають функціонування локомоторної системи людини.

Біомеханічна структура ходьби = + + +

Тимчасова структура ходьби зазвичай заснована на аналізі результатів подографії. Подографія дозволяє реєструвати моменти контакту різних відділів стопи з опорою. На цій підставі визначають часові фази кроку.

Кінематику ходьби вивчають з використанням контактних та безконтактних датчиків вимірювання кутів у суглобах (гоніометрія), а також із застосуванням гіроскопів - приладів, що дозволяють визначити кут нахилу сегмента тіла щодо лінії гравітації. Важливим методом у дослідженні кінематики ходьби є методика циклографії - метод реєстрації координат точок, що світяться, розташованих на сегментах тіла.

Динамічні характеристики ходьби вивчають із застосуванням динамографічної (силової) платформи. При опорі силову платформу реєструють вертикальну реакцію опори, а також її горизонтальні складові. Для реєстрації тиску окремих ділянок стопи застосовують датчики тиску або тензодатчики, вмонтовані у підошву взуття.

Фізіологічні параметри ходьби реєструють за допомогою методики електроміографії – реєстрації біопотенціалів м'язів. Електроміографія, зіставлена ​​з даними методик оцінки тимчасової характеристики, кінематики та динаміки ходьби, є основою біомеханічного та інерваційного аналізу ходьби.

Тимчасова структура ходьби

Проста двоконтактна підграма

Основний метод дослідження тимчасової структури – метод подографії. Наприклад, дослідження ходьби із застосуванням найпростішої, двоконтактної електроподографії полягає у використанні контактів у підошві спеціального взуття, які замикаються при опорі на біомеханічну доріжку. На малюнку зображена ходьба у спеціальному взутті з двома контактами в області п'яти та переднього відділу стопи. Період замикання контакту реєструється та аналізується приладом: замикання заднього контакту – опора на п'яту, замикання заднього та переднього – опора на всю стопу, замикання переднього контакту – опора на передній відділ стопи. На цій підставі будують графік тривалості кожного контакту кожної ноги.

Тимчасова структура кроку

Основні методи дослідження: циклографія, гоніометрія та оцінка руху сегмента тіла за допомогою гіроскопа.

Метод циклографії дозволяє реєструвати зміну координат точок тіла, що світяться, в системі координат.

Гоніометрія - зміна кута суглоба прямим методом із застосуванням кутових датчиків та неконтактним за даними аналізу циклограми.

Крім того, застосовують спеціальні датчики гіроскопи та акселерометри. Гіроскоп дозволяє реєструвати кут повороту сегмента тіла, до якого він прикріплений навколо однієї з осей обертання, умовно названої віссю відліку. Зазвичай гіроскопи застосовують для оцінки руху тазового та плечового пояса, при цьому послідовно реєструють напрямок руху в трьох анатомічних площинах - фронтальній, сагітальній та горизонтальній.

Оцінка результатів дозволяє визначити у будь-який момент кроку кут повороту таза та плечового пояса убік, вперед чи назад, а також поворот навколо поздовжньої осі. У спеціальних дослідженнях застосовують акселерометри для вимірювання у разі тангенціального прискорення гомілки.

Для дослідження ходьби використовують спеціальну біомеханічну доріжку, покриту електропровідним шаром. Важливу інформацію отримують при проведенні традиційного в біомеханіці циклографічного дослідження, яке, як відомо, засноване на реєстрації методом відео - кінофотозйомки координат маркерів, що світяться, розташованих на тілі випробуваного.

Динаміка ходьби

Динаміка ходьби не може бути вивчена методом прямого вимірювання сили, яка продукується м'язами, що працюють. Досі відсутні доступні для широкого використання методики вимірювання моменту сили живого м'яза, сухожилля або суглоба. Хоча слід зазначити, що прямий метод, метод імплантації датчиків сили та тиску безпосередньо в м'яз або сухожилля застосовується у спеціальних лабораторіях. Прямий метод дослідження крутного моменту здійснюється також при використанні датчиків у протезах нижніх кінцівок та в ендопротезах суглобів. Уявлення про сили, що впливають на людину під час ходьби, може бути отримано або у визначенні зусилля в центрі мас всього тіла, або шляхом реєстрації опорних реакцій. Практично, сили м'язової тяги при циклічному русі можна оцінити лише вирішуючи завдання зворотної динаміки. Тобто знаючи швидкість і прискорення сегмента, що рухається, а також його масу і центр мас , ми можемо визначити силу , яка викликає цей рух, слідуючи другому закону Ньютона (сила прямо пропорційна масі тіла і прискоренню).

Реальні сили при ходьбі, які можна виміряти, - це сили реакції опори. Зіставлення сили реакції опори і кінематики кроку дозволяють оцінити величину моменту суглоба, що обертає. Розрахунок крутного моменту м'яза може бути проведений виходячи із зіставлення кінематичних параметрів, точки докладання реакції опори та біоелектричної активності м'яза.

Сила реакції опори

Сила реакції опори – сила, що діє на тіло з боку опори. Ця сила дорівнює і протилежна тій силі, яку чинить тіло на опору.

Вертикальна складова сили реакції опори

Вертикальна складова вектор опорної реакції.

Графік вертикальної складової опорної реакції при ходьбі в нормі має вигляд плавної симетричної кривої двогорбої. Перший максимум кривої відповідає інтервалу часу, коли в результаті перенесення тяжкості тіла на опорну ногу відбувається передній поштовх, другий максимум (задній поштовх) відображає активне відштовхування ноги від опорної поверхні і викликає просування тіла вгору, вперед та у бік опорної кінцівки. Обидва максимуми розташовані вище за рівень ваги тіла і становлять відповідно при повільному темпі приблизно 100% від ваги тіла, при довільному темпі 120%, при швидкому - 150% і 140%. Мінімум опорної реакції розташований симетрично між ними нижче за лінію ваги тіла. Виникнення мінімуму обумовлено заднім поштовхом іншої ноги та подальшим її перенесенням; при цьому з'являється сила, спрямована вгору, яка віднімається від ваги тіла. Мінімум опорної реакції при різних темпах становить від ваги тіла відповідно: за повільного темпу - приблизно 100 %, за довільного темпу 70 %, за швидкого - 40 %. Таким чином, загальна тенденція зі збільшенням темпу ходьби полягає у зростанні значень переднього та заднього поштовхів та зниженні мінімуму вертикальної складової опорної реакції.

Поздовжня складова сили реакції опори

Поздовжня складова вектора опорної реакціїце, по суті, сила, що зрізує, дорівнює силі тертя, яка утримує стопу від передньозаднього ковзання. На малюнку зображено графік залежності поздовжньої опорної реакції залежно від тривалості циклу кроку при швидкому темпі ходьби (помаранчева крива), при середньому темпі (пурпурна) та повільному темпі (синя).

Точка застосування сили реакції опори

Реакція опори – ці сили, прикладені до стопи. Вступаючи в контакт з поверхнею опори, стопа відчуває тиск з боку опори, рівний і протилежний тому, що стопа надає на опору. Це і є реакція опори стопи. Ці сили нерівномірно розподіляються контактною поверхнею. Як і всі сили такого роду їх можна зобразити у вигляді результуючого вектора, який має величину і точку застосування.

Точка застосування вектора реакції опори на стопу інакше називається центром тиску. Це важливо для того, щоб знати, де знаходиться точка докладання сил, що діють на тіло з боку опори. При дослідженні силової платформі ця точка називається точкою докладання сили реакції опори.

Траєкторія докладання сили реакції опори

Основні біомеханічні фази

Аналіз кінематики, опорних реакцій та роботи м'язів різних частин тіла переконливо показує, що протягом циклу ходьби відбувається закономірна зміна біомеханічних подій. «Ходьба здорових людей, незважаючи на низку індивідуальних особливостей, має типову та стійку біомеханічну та іннерваційну структуру, тобто певну просторово-часову характеристику рухів та роботи м'язів».

Повний цикл ходьби - період подвійного кроку - складається кожної ноги з фази опори і фази переносу кінцівки.

При ходьбі людина послідовно спирається то одну, то іншу ногу. Ця нога називається опорною. Контралатеральна нога у цей момент виноситься вперед (Це – переносна нога). Період перенесення ноги називається "фаза перенесення". Повний цикл ходьби - період подвійного кроку - складається кожної ноги з фази опори і фази переносу кінцівки. В опорний період активне м'язове зусилля кінцівок створює динамічні поштовхи, що повідомляють центру тяжкості тіла прискорення, необхідне поступального руху. При ходьбі в середньому темпі фаза опори триває приблизно 60% циклу подвійного кроку, фаза переносу приблизно 40%.

Початком подвійного кроку прийнято вважати момент контакту п'яти з опорою. У нормі приземлення п'яти складає її зовнішній відділ. З цього моменту ця (права) нога вважається опорною. Інакше цю фазу ходьби називають передній поштовх - результат взаємодії сили тяжіння людини, що рухається з опорою. На площині опори у своїй виникає опорна реакція, вертикальна складова якої перевищує масу тіла. Тазостегновий суглоб знаходиться в положенні згинання, нога випрямлена в колінному суглобі, стопа в положенні легкого тильного згинання. Наступна фаза ходьби – опора на всю стопу. Вага тіла розподіляється на передній та задній відділ опорної стопи. Інша, у разі - ліва нога, зберігає контакт із опорою. Тазостегновий суглоб зберігає положення згинання, коліно підгинається, пом'якшуючи силу інерції тіла, стопа приймає середнє положення між тильним та підошовним згинанням. Потім гомілка нахиляється вперед, коліно повністю розгинається, центр мас тіла просувається вперед. У цей час кроку переміщення центру мас тіла відбувається без активної участі м'язів, рахунок сили інерції . Опора на передній відділ стопи. Приблизно через 65% часу подвійного кроку, наприкінці інтервалу опори, відбувається відштовхування тіла вперед і вгору рахунок активного підошовного згинання стопи - реалізується задній поштовх. Центр мас переміщається вперед внаслідок активного скорочення м'язів. Наступна стадія – фаза перенесення характеризується відривом ноги та переміщенням центру мас під впливом сили інерції. У середині цієї фази всі великі суглоби ноги знаходяться в положенні максимального згинання. Цикл ходьби завершується моментом контакту п'яти з опорою. У циклічній послідовності ходьби виділяють моменти, коли з опорою стикаються лише одна нога («одноопорний період») та обидві ноги, коли винесена вперед кінцівка вже торкнулася опори, а розташована ззаду ще не відірвалася («двоопорна фаза»). Із збільшенням темпу ходьби «двоопорні періоди» коротшають і зовсім зникають при переході в біг. Таким чином, за кінематичними параметрами, ходьба від бігу відрізняється наявністю двоопорної фази.

Ефективність ходьби

Основний механізм, що визначає ефективність ходьби – це переміщення загального центру мас.

переміщення ОЦМ, Трансформація кінетичної (T k) та потенційної (E p) енергії

Переміщення загального центру мас (ОЦМ) є типовим синусоїдальним процесом з частотою, що відповідає подвійному кроку в медіолатеральному напрямку, і з подвоєною частотою в передньо-задньому і вертикальному напрямку. Переміщення центру мас визначають традиційним циклографічним методом, позначивши загальний центр мас на тілі випробовуваного точками, що світяться.

Однак можна зробити простіше, математичним способом, знаючи вертикальну складову сили реакції опори. З законів динаміки прискорення вертикального переміщення дорівнює відношенню сили реакції опори до маси тіла, швидкість вертикального переміщення дорівнює відношенню до прискорення на інтервал часу, а саме переміщення добутку швидкості на час. Знаючи ці параметри, можна легко розрахувати кінетичну та потенційну енергію кожної фази кроку. Криві потенційної і кінетичної енергії є як би дзеркальне відображення один одного і мають фазовий зсув приблизно в 180°. Відомо, що маятник має максимум потенційної енергії у вищій точці і перетворює її на кінетичну, відхиляючись униз. При цьому деяка частина енергії витрачається на тертя. Під час ходьби, вже на початку періоду опори, як тільки ОЦМ починає підніматися, кінетична енергія нашого руху перетворюється на потенційну, і навпаки, переходить в кінетичну, коли ОЦМ опускається. Таким чином, зберігається близько 65% енергії. М'язи повинні постійно компенсувати втрату енергії, що становить близько тридцяти п'яти відсотків. М'язи включаються для переміщення центру мас з нижнього положення у верхнє, заповнюючи втрачену енергію.

Ефективність ходьби пов'язані з мінімізацією вертикального переміщення загального центру мас. Однак збільшення енергетики ходьби нерозривно пов'язане зі збільшенням амплітуди вертикальних переміщень, тобто зі збільшенням швидкості крокування та довжини кроку неминуче збільшується вертикальна складова переміщення центру мас.

Протягом опорної фази кроку спостерігається постійні компенсуючі рухи, які мінімізують вертикальні переміщення та забезпечують плавність ходьби.

Для відповідей на завдання 29-32 використовуйте окремий аркуш. Запишіть спочатку номер завдання (29, 30 тощо), а потім відповідь до нього. Відповіді записуйте чітко та розбірливо.

ВИДИ ЗАСТОСУВАНЬ

Пристосованість - це відносна доцільність будови та функцій організму, що є результатом природного відбору.

Форма тілатварин дозволяє їм легко пересуватися у відповідній обстановці, робить організми малопомітними в навколишньому середовищі, наприклад, морський коник-ганчір'я. Маскування- схожість організму з будь-яким предметом навколишнього середовища за забарвленням, формою тіла, наприклад, паличником. Заступне забарвленняприховує організм у навколишньому середовищі, робить його непомітним, наприклад, коник. Забарвлення, що розчленовує- чергування світлих та темних смуг на тілі створює ілюзію чергування світла та тіні, розмиває контури тварини, наприклад, зебра, тигр. Застерігаюче забарвлення- яскраве забарвлення, що вказує на наявність отруйних речовин або спеціальних органів захисту, на небезпеку організму для хижака, наприклад, джміль, оса. Мімікрія- Наслідування незахищених організмів добре захищеним, наприклад, глуха кропива. Пристосувальна поведінка- звички, інстинкти, спрямовані на захист від ворогів та дій факторів середовища (погрозлива поза, попереджувальна та відлякуюча ворога, завмирання, турбота про потомство, запасання корму, будівництво гнізда, нори тощо).

У рослин також виробилися пристосування до захисту, розмноження та поширення: колючки; яскраве забарвлення квіток у комахозапильних рослин; Різний час дозрівання тичинок та сім'язачатків перешкоджає поширенню насіння. Видозміни різних органів у рослин – це пристосування до перенесення несприятливих умов та вегетативного розмноження.

1) Який характер мають пристосування у живих організмів? Відповідь поясніть.

2) Деякі тварини мають забарвлення, що поєднує яскраві кольори, наприклад, чорний та червоний, чорний та жовтий. Яке біологічне значення такого забарвлення?

3) Як рослини пристосовуються до нестачі вологи? Наведіть приклади.

Показати відповідь

1) Пристосування носять відносний і тимчасовий характер, оскільки допомагають виживати організму лише за умов, у яких виникли.

2) Таке забарвлення називається застережливим, вказує на наявність у тварини отруйних речовин або спеціальних органів захисту, що жалять, на небезпеку організму для хижака.

3) Запасають воду в листі або стеблах (алое, кактус); довге коріння (верблюжа колючка); листя покрите восковим нальотом або опушено, жорсткі пагони (саксаул, ковила) або видозмінені в колючки (кактуси).

Вивчіть таблицю «Хімічний склад ламінарії цукристої». Дайте відповідь на питання.

Хімічний склад ламінарії цукристої

1) Для поповнення нестачі якого елемента рекомендують вживати ламінарію?

2) Скільки добових дот цього елемента містить 100 г сухої речовини ламінарії?

3) Профілактикою якого захворювання є вживання ламінарії?

Показати відповідь

Правильна відповідь має містити такі елементи:

3) ендемічний зоб.

Розгляньте таблиці та виконайте завдання 31 та 32.

Енергетичні витрати при різних видах фізичної активності

Василь – провідний гравець команди з водного поло. Використовуючи дані таблиць, запропонуйте Василю оптимальне за калорійністю меню, що дозволяє йому компенсувати енергетичні витрати після тренування, яке тривало 1 годину 35 хвилин.

При виборі майте на увазі, що Василь любить шоколадне морозиво, а чай п'є без цукру.

У відповіді вкажіть енергетичні витрати, рекомендовані страви, калорійність обіду та кількість жирів.

Показати таблиці

Енергетична та харчова цінність продуктів

Людину характеризує вертикальне положення тіла, що спирається лише на нижні кінцівки. Хребет дорослої людини має вигини. Під час швидких, різких рухів вигини пружини та пом'якшують поштовхи. У ссавців, які спираються на чотири кінцівки, хребет таких вигинів не має.

Грудна клітина людини у зв'язку з прямоходінням розширена убік. У ссавців вона стиснута з боків.

Одна з найхарактерніших рис скелета людини - це будова руки, яка стала органом праці. Кістки пальців рухливі. Найбільш рухливий, великий палець, добре розвинений у людини, розташовується навпроти всіх інших, що важливо для різних видів роботи - від колки дров, що вимагає сильних розгонистих рухів, до збирання ручного годинника, пов'язаного з тонкими і точними рухами пальців.

Масивні кістки нижніх кінцівок людини товщі і міцніші за кістки рук, тому що ноги несуть на собі всю тяжкість тіла. Склепінчаста стопа людини при ходьбі, бігу, стрибках пружинить, пом'якшує поштовхи.

У кістяку голови людини мозковий відділ черепа переважає над лицьовим. Це з великим розвитком мозку людини.

2.4. Перша допомога при пошкодженні скелета

Перша допомога при розтягуванні та вивихах.В результаті незручних рухів або забитих місць можуть пошкоджуватися зв'язки, що з'єднують кістки в суглобі. Навколо суглоба з'являється набряклість, іноді крововилив, виникає сильний біль. Таке ушкодження суглоба називається розтягуванням.

При наданні допомоги до пошкодженого місця потрібно прикласти міхур із льодом або змочений холодною водою рушник. Охолодження полегшує біль, запобігає розвитку набряку, зменшує обсяг внутрішнього кровообігу. При розтягуванні зв'язок потрібна ще й туга фіксуюча пов'язка. Витягувати, смикати та нагрівати пошкоджену кінцівку не можна. Після надання першої допомоги слід звернутися до лікаря.

Незграбні рухи в суглобі може викликати сильне зміщення кісток. вивих.При вивиху суглобна головка виходить із суглобової западини. Відбувається розтяг, а іноді і розрив зв'язок, що супроводжується сильним болем. Спроба вправити вивих без лікаря може спричинити ще серйозніші ушкодження.

Перша допомога при вивиху полягає в тому, щоб забезпечити повний спокій суглобу. Руку слід підвісити на хустці або бинті, а на ногу накласти шину, використовуючи підручні засоби (дощечки, смуги щільного картону). Для зменшення болю до травмованого суглоба слід прикласти міхур із льодом чи холодною водою. Потім постраждалого необхідно доставити до лікаря.

Перша допомога при переломах кісток.Незважаючи на міцність, при пораненнях, сильних забитих місцях, падіннях кістки іноді ламаються. Найчастіше відбуваються переломикісток кінцівок.

При підозрі на перелом тільки повна нерухомість ушкодженої частини тіла полегшить біль і попередить усунення уламків кістки, які можуть пошкодити гострими краями навколишні тканини.

Зламану кінцівку знерухомлюють шинною пов'язкою. Спеціальні шини є в лікувальних закладах та аптеках. На місці походження їх можна виготовити із дощок, гілок, картону. Щоб шина не давила на перелом, під неї підкладають м'яку підстилку. Шина повинна бути не тільки на пошкодженій ділянці, а й на сусідніх. Так, при зламі кісток передпліччя шина повинна заходити і на плече, і на кисть. В цьому випадку частини зламаної кістки не зміщуються. Шину щільно прибинтовують до кінцівки широкими бинтами, рушником тощо. Якщо немає шини, зламану руку прибинтовують до тулуба, а пошкоджену ногу – до здорової.

При відкритих переломахгострі кінці зламаної кістки розривають м'язи, кровоносні судини, нерви та шкіру. Тоді треба обробити рану, накласти чисту пов'язку, та був шину.

Не за будь-якого перелому можна накласти шину. За підозри на перелом ребрапостраждалому пропонують видихнути з легень якнайбільше повітря і після цього дихати неглибоко. При такому диханні грудну клітину туго забинтовують. Стягнуті в положенні видиху ребра роблять дуже обмежені рухи.

При переломах хребтанеобхідно укласти потерпілого на рівну тверду поверхню обличчям донизу та викликати швидку допомогу. У жодному разі не можна перевозити постраждалого в сидячому положенні, оскільки під вагою тіла хребет може зрушити і пошкодити спинний мозок.

При травмах черепапостраждалого треба укласти на спину, голову трохи підняти, щоб уникнути внутрішньочерепних крововиливів і негайно викликати лікаря.

Російський археолог, д. в. н., провідний науковий співробітник Відділу археології палеоліту Інституту історії матеріальної культури РАН (ІІМК РАН, Санкт-Петербург).

"Спочатку була нога".

М. Харріс. "Наш рід".

При всій різноманітності гіпотез, що пояснюють появу людей, на чільне місце майже незмінно ставляться дві події, які, як вважається, мали ключове значення для початку процесу гомінізації. Ці події - перехід частини вищих мавп (гоміноїдів) від переважно деревного способу життя в лісах до переважно наземного існування у відкритих або мозаїчних ландшафтах, та освоєння ними прямоходіння. Вважається, що перше, поставивши предків гомінід перед необхідністю пристосування до нового, незвичного середовища, підштовхувало їх до пошуку нових екологічних ніш та стимулювало розвиток гарматної діяльності, соціальності тощо, а друге, що мало результатом звільнення передніх кінцівок від опорно-рухової функції , було необхідною передумовою такого розвитку. Якби вдалося пояснити, що саме призвело до зміни довкілля, що зумовило зміну способу пересування, і, головне, чому ці дві події зробили недостатньою адаптацію звичайним біологічним шляхом, підштовхнувши до реалізації культурного (тобто, насамперед інтелектуального) потенціалу, то Головну проблему антропогенезу можна було б вважати загалом вирішеною. Тим часом, більш-менш ясна відповідь лише на перше з перелічених питань (детальніше про це йдеться далі), тоді як щодо причин і наслідків переходу до прямоходіння розкид у думках дуже великий, і ступінь ясності тут обернено пропорційна все зростаючій кількості гіпотез. Незважаючи на те, що лише дуже небагато тем, пов'язаних з вивченням антропогенезу, викликали стільки дискусій, скільки їх викликає походження двоногости, ця подія залишається загадкою, будучи воістину «проклятим питанням» палеоантропології. У теоретичних побудовах, що постулюють ті чи інші послідовності взаємозумовлених подій в еволюції людини, цей пункт є тим самим «слабкою ланкою», через неміцність якого розсипається весь ланцюжок. Оскільки ж обійтися без цієї ланки неможливо, то потрібна її «реставрація».

Більшість авторів, що торкаються питання про походження двоногості у гомінід, впевнені, що ця властивість із самого початку давала якісь переваги його власникам, інакше воно просто не виникло б. Точка зору, безперечно, абсолютно логічна, але в чому ж, на думку тих, хто її поділяє, були ці переваги? Відповідей на це запитання запропоновано дуже багато, але жодна з них, як ми побачимо, не можна визнати переконливою.

Згідно з поширеною гіпотезою, перехід предків людини до прямоходіння, або, як часто висловлюються антропологи, до ортоградної локомоції, пояснювався необхідністю пристосування до відкритих ландшафтів, тобто. до життя у савані, у степу, у місцях, позбавлених або майже позбавлених деревної рослинності. Ще позаминулому столітті цю ідею висловлювали французький натураліст Жан Батист Ламарк, який першим створив цілісне вчення про еволюцію органічного світу, і англійський натураліст Альфред Уоллес, який одночасно з Дарвіном розробляв теорію природного відбору. Однак один факт, про який не могли знати Ламарк та Уоллес, але повинні знати їх сучасні послідовники, робить цю гіпотезу вкрай сумнівною. Справа в тому, що, як з'ясувалося в результаті численних досліджень, що проводилися на рубежі минулого і нинішнього тисячоліть, ранні гомініди в основному жили ще не в савані, а в районах, де зберігалися, а то й панували вологі тропічні ліси. Судячи з хімічного складу стародавніх ґрунтів, копалин пилку рослин і видового складу тварин, чиї кістки супроводжують скелетні останки найдавніших предків людини, і австралопітеки, і ардипітек і, тим більше, їх попередники мешкали, переважно в джунглях. Отже, перехід до двоногості був і було пов'язані з пристосуванням до відкритим ландшафтам. Крім того, зовсім незрозуміло, а чому, власне, живучи у савані, треба ходити на двох ногах? Адже сучасні мавпи, що мешкають у безлісих районах (павіани, деякі популяції макак), залишаються чотирилапими і анітрохи, здається, від цього не страждають. Обидва ці заперечення, до речі, повною мірою ставляться і до колись популярної ідеї, що гомініди випрямилися, нібито, внаслідок необхідності далі бачити і краще орієнтуватися в савані, де добрий огляд був потрібен для пошуків їжі та своєчасного виявлення небезпеки.

Ще одне пояснення становлення прямоходіння, навіть більш поширене, ніж попереднє (втім, воно цілком може і поєднуватися з ним), полягає в припущенні, що двоногость була потрібна для звільнення рук, яке, у свою чергу, було необхідне для виготовлення гармат, та й взагалі давало людині безліч важливих переваг над іншими тваринами (рис. 5.1). Ця думка нерідко висловлювалася вже позаминулому столітті. Вона знайшла класичний вираз у роботах Дарвіна та Енгельса і була прийнята багатьма пізнішими авторами. «Людина, - писав Дарвін, - не міг би досягти свого нинішнього панівного становища у світі, не використовуючи рук, які настільки чудово пристосовані служити для виконання його Волі. …Але поки руки регулярно використовувалися при пересуванні, вони навряд чи могли б стати достатньо досконалими для виготовлення зброї, або прицільного метання каменів та копій. …Вже з цих причин людині було б вигідно стати двоногим…». На перший погляд, оскаржити наведені аргументи неможливо: якою ж, справді, могла бути людина без рук, і які ж можуть бути руки у істоти, що пересувається рачки? Однак, тут, як і в попередньому випадку, стрункість запропонованого пояснення порушують деякі факти, що стали відомими лише через століття після того, як побачила світ цитована робота Дарвіна. По-перше, судячи з наявних зараз археологічних даних, перші кам'яні знаряддя з'явилися, як мінімум, на два, а скоріше на три або навіть чотири мільйони років пізніше, ніж перші прямоходящі гомініди. По-друге, робили і використовували ці знаряддя, майже напевно сидячи, так що проблеми звільнення рук при цьому просто не виникало. Звичайно, працювати, скажімо, біля токарного верстата або теслярського верстата зручніше стоячи, але до цього першим гомінідам було ще дуже далеко. Ті трудові операції, які були необхідні і доступні їм, набагато простіше виконувати сидячому положенні. У всякому разі, саме так вважають за краще робити і людиноподібні мавпи, коли вони, наприклад, розколюють горіхи важким камінням, і археологи-експериментатори, коли вони намагаються виготовити з кремені, кістки, або дерева зброї, ідентичні тим, що знаходять під час розкопок.

До речі, слід зазначити, що формування двоногости у предків людини, мабуть, не є унікальною подією в еволюційній історії гоміноїдів. Ще з середини минулого століття деякі дослідники стали підозрювати, що задовго до появи перших гомінідів на Землі вже жили мавпи, що прямо ходять. Підстави для таких підозр давали кісткові останки ореопитеків, що жили, судячи з географічної локалізації палеонтологічних знахідок, переважно на півдні нинішнього Апеннінського півострова, у тій його частині, що у міоцені була островом. Знову проведене нещодавно групою іспанських та італійських антропологів вивчення цих матеріалів підтвердило, що ореопитеки не тільки були здатні, але, можливо, навіть воліли пересуватися по землі на двох ногах. Про це свідчать такі ознаки, як згинання нижнього відділу хребта в передньому напрямку, вертикально розташований колінний суглоб, а також деякі особливості будови тазу, що знаходять аналогії в анатомії австралопітеку афарського. Більше того, з'ясувалося, що ці гоміноїди, що вимерли ще 8 або 7 млн ​​років тому, відзначилися також і не зовсім звичайною для мавп будовою руки. Іноді стверджують навіть, що вони могли брати і тримати пальцями різні предмети з такою спритністю, яка згодом була доступна лише людям та їхнім предкам, починаючи з австралопітеків. Як ореопитеки використовували цю свою якість, – якщо вони дійсно мали 1 – невідомо. Можливо, лише для того, щоб зривати з дерев якісь дрібні фрукти і відправляти їх у рот, а може, й для якихось таких дій, які б ще більше зблизили їх у наших очах з гомінідами. Щоправда, за деякими важливими ознаками, наприклад, будовою зубів, ореопитеки ближче до нижчих мавп, ніж до людиноподібних. Похвалитися великим мозком вони теж не могли, як, зрештою, і великим розміром тіла. Згідно з наявними реконструкціями, середня вага цих гоміноїдів становила приблизно 30-40 кг. Тим не менш, наявність явних паралелей з еволюцією гомінід дуже цікаво і змушує ще раз згадати, що в запасі у природи були різні варіанти розвитку.

Перехід до двоногости та звільнення передніх кінцівок від опорно-рухової функції пов'язували також з необхідністю переносити їжу і дитинчат, або сигналізувати жестами, або відлякувати хижаків, кидаючи в них каміння та палиці, і так далі. Однак усі здогади такого роду засновані на явному перебільшенні ролі разових, спорадичних дій (кидання, жестикуляція, перенесення об'єктів), з якими сучасні мавпи легко впораються, не змінюючи способу пересування. Шимпанзе, наприклад, цілком здатні втекти леопарда, розмахуючи колючими гілками, або натягнути цілі купи важких каменів у ті місця, де є багато улюблених ними горіхів з твердою шкаралупою, щоб потім вживати ці камені як молотки і ковадла. Тим не менш, та обставина, що вони досить часто змушені використовувати свої передні кінцівки як руки, не заважає їм досі залишатися, як і мільйони років тому, чотирилапими.

Набагато цікавішими і, можливо, перспективнішими є ті спроби відповіді на «кляте» питання, де упор робиться на пошук енергетичних вигод, які забезпечують пересування на двох ногах. Біоенергетична гіпотеза пояснює виникнення прямоходіння більшою енергетичною ефективністю двоногості людини порівняно з чотирилапністю людиноподібних мавп (рис. 5.2). Головна слабкість цього пояснення в тому, що воно апелюють до таких переваг, пов'язаних з прямоходінням, які могли проявитися лише при повністю сформованій людській двоногості, але були б практично зовсім невідчутні в процесі її розвитку, особливо на ранніх стадіях переходу. Навіть якщо пересування на двох ногах у тому вигляді, в якому воно відоме у сучасних людей, дійсно вигідніше в енергетичному плані, ніж чотирилапість (що, втім, до кінця ще не з'ясовано), з цього зовсім не випливає, що такі ж переваги були властиві і ході ранніх гомінідів. Вона, мабуть, сильно відрізнялася від нашої і була далеко не така ефективна (про це ще буде говорити нижче).

Прихильники терморегуляційної гіпотези бачили причину переходу наших предків до двоногості в тому, що вертикальне становище тіла при інтенсивній денній активності у спекотній савані оберігало гомінід від теплового стресу. Дійсно, площа поверхні тіла, схильна до прямого впливу сонячних променів, у вертикально стоїть людини набагато менше, ніж у чотирилапої істоти такого ж розміру, причому, як легко уявити, ця різниця збільшується в міру наближення сонця до зеніту. Однак, як ми тепер знаємо, протягом перших мільйонів років своєї історії прямоходячі гомініди жили, головним чином, не в саванах, а в джунглях, і, отже, тепловий стрес загрожував їм не більшою мірою, ніж сучасним горилам чи шимпанзе.

Для повноти картини можна згадати ще так звану «акватичну» гіпотезу, згідно з якою ортоградність ранніх гомінідів є результатом пристосування до життя на шельфі у водному середовищі (рис. 5.3). Ця ідея свого часу активно обговорювалася в принауковій літературі, але серед професійних антропологів у неї, за поодинокими винятками, не було і немає прихильників. Причина цього проста і полягає в тому, що базується ця гіпотеза виключно на припущеннях напівфантастичного характеру, не підкріплених абсолютно конкретними матеріалами. Фактів, хоча б опосередковано вказують на те, що перші члени скарби людини «вийшли з води», немає, якщо, звичайно, не вважати такими посилання, наприклад, на наше вміння плавати, начебто не властиве шимпанзе, або на наявність у людей більше товстого, ніж в інших приматів шару підшкірного жиру.

Отже, виявляється, що знайти якісь конкретні вигоди, які б пов'язані з двоногостю на ранніх стадіях її становлення, дуже важко, і навіть неможливо. Переконлива причина "переходу до ортоградної локомоції досі не знайдена", і початок антропогенезу "тане в хисткому мареві невизначеностей", - визнавав 15 років тому видний вітчизняний дослідник еволюції людини. 2 З того часу ситуація так і не змінилася. Щоправда, кількість гіпотез помітно збільшилася і все продовжує зростати, але їхня кількість щось ніяк не переходить у якість. Антропологи, звичайно, не втрачають оптимізму, сподіваючись на те, що виявлення нових кісток та вдосконалення методів їх вивчення, зрештою, дозволять дати відповідь на прокляте питання, але ці надії можуть здійснитися лише в тому випадку, якщо прямоходіння справді давало якісь переваги вже першим гомінідам. Однак, чи це так обов'язково? А що, якщо жодної переваги не було?

1 З цього приводу висловлюються сумніви (Susman R.L. Oreopithecus bambolii: unlikely case of hominidlike grip capability in Miocene ape // Journal of Human Evolution, 2004, vol. 46, № 1, p. 103-115).

2 Алексєєв В.П. Антропогенез – вирішена проблема чи низка нових проблем? // Людина у системі наук. М., 1989, с. 113.

Зіставивши форму скелетів двохсот організмів, що жили на Землі останні 250 мільйонів років, з відповідними генетичними змінами, антрополог Аарон Філлер із гарвардського музею порівняльної зоології та інституту хвороб спини Cedars Sinai запропонував нову гіпотезу виникнення прямоходіння. На його думку, давні предки людей змогли розпрямити спину в результаті випадкової мутації так званого гомеотичного гена, що відповідає за формування в ембріоні елементів, що повторюються. Зазвичай такі мутації призводять до страшних каліцтв ніг, що виростають на місці рук, у дусі «Останнього короля Шотландії».

Однак саме така мутація дозволила одній із мавп у центрі Африки стати предком найдосконалішої на даний момент суті Землі — людини.

І сталося це щонайменше 20 мільйонів років тому.

Перехід із чотирьох лап на дві став можливим завдяки зміщенню центру тяжіння назад і вниз: до крижового відділу та за хребет. Давно вважається, що це дозволило утримувати рівновагу, необхідну для двоногого способу життя, і, зрештою, носити на плечах непропорційно важку за мірками тваринного світу голову. Однак механізм такого переходу залишався незрозумілим.

Розібратися в цьому питанні допомогли останки найдавнішого з відомих двоногих - моротопітека (Morotopithecus bishopi), вік яких налічує понад 20 мільйонів років. Виявлений в Уганді ще 1960-х роках новий вид спочатку зацікавив лише вузьких фахівців. Однак у 1997 році палеонтолог Лора Маклетчі з нью-йоркського університету Брука довела прямоходіння моротопитека, а в 2006 році з'ясувалося його схожість із можливими предками людини.

Всі класи хребетних принципово відрізняються за кількістю та складом усіх відділів хребта, досягаючи найвищого розвитку у ссавців. Раніше Філлер повідомляв особливості хребців, а точніше їх відростків, у прямоходящих. Поперечні відростки, до яких кріпляться м'язи спини, у чотирилапих «спрямовані» вперед.

У моротопітека частина цих відростків виявилася розгорнута назад, і це дозволило йому за рахунок тонусу м'язів хоча б частково розпрямити свою спину.

Інші особливості скелета двоногих, такі як прикріплення ребер та вигини хребта, з'явилися пізніше як пристосування для компенсації навантаження та полегшення руху. Подібна будова та положення тіла у просторі уможливило розвиток не тільки сучасного спеціалізованого плечового поясу людиноподібних мавп, а й великого мозкового відділу черепа.

Як спромоглася виникнути незвичайна мутація, досі залишалося незрозумілим. Відгадка знайшлася на стику ембріології, генетики та порівняльної анатомії.

Зіставивши дані про форму хребців і змін у генах, що відповідають за їх формування, Філлер простежив зміну опорного апарату хребетних за останні 250 мільйонів років. І виявилося, що більшість еволюційних стрибків, які мали раніше чіткого обгрунтування, пов'язані з мутаціями у згаданій вище групі гомеотичних генів.

У всіх тварин вони відповідають за закладку в ембріоні сегментів тіла, що повторюються, таких як хребці і м'язи спини. Мутації у цих генах призводять до найважчих аномалій розвитку, але, як з'ясувалося, саме ці мутації відіграли ключову роль розвитку людини.

Збої в наслідуванні генетичної інформації та природний відбір вже більше століття вважаються головною рушійною силою еволюції, що сприяє розвитку організмів.

Дивно, але в даному випадку мутація викликала швидше рух у минуле - адже тваринний світ на той час давно подолав стадію ходіння на двох ногах. Найдосконаліші звірі того часу вже багато мільйонів років ходили на чотирьох ногах, і хто міг знати, що для нас ця зазвичай несумісна з життям «мутація в минуле» виявиться такою важливою.