Переход к прямохождению стал значимым этапом в эволюции человека. Австралопитеки уже обладали способностью хорошо передвигаться на двух ногах, но что насчет бега? Новое исследование было направлено на то, чтобы определить, как древние гоминиды приобретали этот навык. Исследователи создали трехмерную модель Люси (представитель Australopithecus afarensis) и обнаружили, что она не смогла бы конкурировать с современными людьми в беговых соревнованиях.
Тело человека, практически не претерпевшее изменений с доисторических времен, является результатом длительного эволюционного процесса. Несмотря на значительное сходство с другими млекопитающими, в особенности с приматами, люди обладают рядом уникальных адаптаций. К числу наиболее важных относятся так называемая гоминидная триада: способность ходить на двух ногах (бипедализм), кисть руки, приспособленная для использования орудий, и специфические изменения в структуре мозга.
Переход к двуногой ходьбе сыграл ключевую роль в процессе формирования предков людей — как единственного современного вида Homo sapiens, это произошло не только с ним, но и со всеми остальными, кто полностью исчез. Причиной послужило то, что древние гоминиды стали меньше времени проводить на деревьях и все чаще передвигались по земле.
Благодаря бипедализму передние конечности были освобождены и получили возможность удерживать предметы и орудия. Это важное эволюционное изменение уже наблюдалось у австралопитеков и возникло не менее 3,7 миллиона лет назад. Антропологи пришли к такому заключению, проанализировав многочисленные остатки скелетов и окаменевшие следы ступней.
Однако, можно ли утверждать, что австралопитеки также могли бегать, и если да, то насколько эффективно? Последующие люди представляли собой различные виды Homo — уже демонстрировали хорошие беговые способности, что оказало значительное влияние на их последующую эволюцию.
На вопрос ответили авторы новой статьи в журнале Current Biology. Исследователи проанализировали физические возможности Люси, австралопитека афарского, обитавшего примерно 3,2 миллиона лет назад. Сравнительно неповный скелет Люси был найден в Эфиопии в 1974 году.
Создана трехмерная компьютерная модель, детализирующая опорно-двигательную систему австралопитека. В ней отображены взаимосвязи между работой мышц и перемещениями костей ног и таза. Используя компьютерные симуляции походки и оптимизируя их с помощью машинного обучения, авторы определили ключевые характеристики бега. К ним относятся максимальная скорость гоминид, затраты энергии во время бега и их выносливость.
Спортивные качества Люси сравнили с теми, которые есть у современных людей. Оказалось, что австралопитек был посредственным бегуном. Хотя Au. afarensis в принципе был способен бегать, такое передвижение не было быстрым или подходящим для преодоления длинных дистанций.
Люси и ее сородичи расходовали при беге энергию, сопоставимую с затратами птиц и млекопитающих, если учитывать их размеры. Однако, у людей энергозатраты на бег были в 1,7-2,9 раза меньше.
Что послужило ключевыми изменениями в процессе эволюции, приведшем к появлению людей (рода Homo) из австралопитеков Homo), что же делает нас хорошими бегунами? Исследования движения моделей выявили ключевую роль в этом перестройке ахиллова сухожилия. Это самое крупное сухожилие в теле человека, находящееся на задней поверхности лодыжки и соединяющее мышцы икры с пяткой. Вместе с трехглавой мышцей голени оно формирует основу способности человека 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.
Согласно результатам исследования, естественный отбор способствовал развитию у людей способности к бегу, сочетающей в себе скорость и выносливость. Данное свойство не является просто следствием адаптации к ходьбе, а, вероятно, возникло в процессе эволюции от австралопитеков к ранним людям.