Важной вехой эволюции стал переход предков человека к прямохождению. Хорошо ходить на своих двоих умели уже австралопитеки, а как насчет бега?
Авторы новой статьи решили выяснить, как древние гоминиды осваивали этот важный навык. Они получили трехмерную модель знаменитой Люси (представитель Australopithecus afarensis) и показали, что на соревнованиях с современными людьми у нее не было бы шансов.
Человеческое тело, которое почти не изменилось с доисторических времен, представляет собой продукт долгой эволюции. При большом сходстве с другими млекопитающими (особенно приматами) люди приобрели и некоторые уникальные приспособления. Прежде всего так называемую гоминидную триаду признаков: прямохождение (бипедализм), подходящую для орудийной деятельности кисть и характерные изменения мозга.
Переход к ходьбе на двух конечностях имел особое значение в становлении предков людей — как единственного современного вида Homo sapiens, так и всех остальных, которые полностью вымерли. Он был связан с тем, что древние гоминиды все меньше времени проводили на деревьях и все чаще ходили по поверхности земли.
Бипедализм освободил передние конечности, благодаря чему те смогли держать различные предметы и орудия. Ценное эволюционное новшество имелось уже у австралопитеков и возникло по меньшей мере 3,7 миллиона лет назад. Такой вывод антропологи сделали на основании множества остатков скелетов и окаменевших следов ступней.
Однако можно ли утверждать, что австралопитеки могли еще и бегать, и если да, то насколько хорошо? Появившиеся затем люди — различные виды Homo — уже были хорошими бегунами, что сыграло важную роль в дальнейшей эволюции.
На вопрос ответили авторы новой статьи в журнале Current Biology. Они оценили легкоатлетические способности знаменитой Люси — афарского австралопитека, жившего около 3,2 миллиона лет назад. Сравнительно полный скелет Люси обнаружили в Эфиопии еще в 1974 году.
Ученые создали трехмерную компьютерную модель, которая описывает опорно-двигательную систему австралопитека. Точнее работу мышц и движения относительно друг друга костей ног и таза. С помощью компьютерных симуляций походки, а также ее оптимизации на основе машинного обучения авторы рассчитали основные параметры бега. А именно максимальную скорость гоминид, их энергозатраты при беге и выносливость.
Спортивные качества Люси сравнили с теми, которые есть у современных людей. Оказалось, что австралопитек был посредственным бегуном. Хотя Australopithecus afarensis в принципе был способен бегать, такое передвижение не было быстрым или подходящим для преодоления длинных дистанций.
Энергозатраты — то есть силы, которые Люси и ее родственники тратили при беге, — сравнимы с теми, которые нужны птицам и млекопитающим (с учетом поправки на размер). А вот у людей энергозатраты на бег в 1,7-2,9 раз ниже.
Что же изменилось в эволюции при переходе от австралопитеков к людям (род Homo), сделав нас хорошими бегунами? Изучение движения моделей указало на особое значение перестройки ахиллова сухожилия. Это самое крупное сухожилие в теле человека, которое расположено на задней стороне лодыжки и соединяет мышцы икры с пяткой. Его наряду с трехглавой мышцей голени назвали основой способности людей к бегу.
Действительно, модель австралопитека с «обезьяньим» строением голени не могла развить скорость более 2,28 метра в секунду. А вот модель гоминида с «человеческими» мышцами голени двигалась почти вдвое быстрее.
Авторы пришли к выводу, что естественный отбор целенаправленно делал из людей бегунов, сочетающих в себе скорость и выносливость. Это свойство не было всего лишь побочным продуктом приспособления к ходьбе и, по-видимому, появилось при переходе от австралопитеков к ранним людям.
Автор: Михаил Орлов