Эксперимент на беговой дорожке дает антропологам убедительные доказательства эволюции: ранние человеческие предки, возможно, начали идти прямо, потому что процесс экономит энергию по сравнению с ходьбой с четырьмя конечностями у шимпанзе.
Исследователи спорят, почему гоминиды начали ходить с двумя ногами где-то около шести миллионов лет назад, когда появилась ключевая характеристика, отличающая их от их последних предков обезьян. Некоторые поддержали теорию энергосбережения - отчасти потому, что прохладный, сухой климат во время миоцена мог разделить куски пищи на большие расстояния. Другие приводят аргументы в пользу постуральных изменений, полагая, что вертикальная позиция позволяла исконным людям видеть над высокой травой и пятнистыми хищниками или тянуться к фруктам на деревьях или в кустах.
Предыдущие сравнения двух- и четырехногой ходьбы дали неубедительные результаты. Одно исследование с участием ювенильных шимпанзе показало, что обезьяны тратили больше энергии, чем люди во время ходьбы, но многие исследователи считали, что затраты изменятся со взрослыми обезьянами. Недавнее исследование макак показало, что двуногая ходьба требует больших энергетических потерь, но обезьяны - в отличие от шимпанзе - обычно не гуляют в вертикальном положении.
В новом анализе группа исследователей из трех университетов собрала данные об энергии, затраченной четырьмя людьми и пятью взрослыми шимпанзе, когда они шли по беговой дорожке; шимпанзе шли прямо и на четвереньках. Исследователи измерили дыхание, углы движения, положение критических суставов и силу, приложенную каждой конечностью к земле.
Люди использовали примерно на 25 процентов меньше энергии, чем шимпанзе, независимо от того, каким стилем ходили обезьяны, говорится в отчете группы, опубликованном 24 июля в Национальной академии наук . Кроме того, анатомические модели людей и обезьян в разных положениях ходьбы точно предсказывали эту разницу в стоимости.
«Это чрезвычайно важные данные о происхождении того, почему мы начали [ходить на двух ногах]», - говорит биологический антрополог Дэниэл Либерман из Гарвардского университета, который не был связан с исследованием. По его словам, для оценки энергетической ценности люди тратят на бег на 30 процентов больше энергии, чем на ходьбу.
Группа исследователей собрала данные об энергии, затраченной четырьмя людьми и пятью взрослыми шимпанзе, когда они шли по беговой дорожке; шимпанзе шли прямо и на четвереньках. Люди используют примерно на 25 процентов меньше энергии, чем шимпанзе, независимо от того, в каком стиле ходили обезьяны, сообщают они. (Кэри Волински) 
«Если бы мы шли как шимпанзе, это стоило бы нам [энергии] в основном то же самое, что бегать», - говорит Даниэль Либерман. (Кэри Волински) 
Шимпанзе с самой похожей на человека походкой и телосложением ходил в вертикальном положении более эффективно, чем ходячий, - открытие, которое соавтор исследования Герман Понтцер называет моментальным снимком того, как эта эволюция могла иметь место. (Эта составная фотография отдает дань уважения культовой эволюции человека.) (Кэри Волински) «Если бы мы шли как шимпанзе, это стоило бы нам в основном то, что стоит бежать», - говорит он. «[Вертикальная ходьба] экономит вам много энергии».
Взяв группу шимпанзе в целом, исследователи не обнаружили различий в стоимости энергии между стилями ходьбы. Но неудивительно, что двуногая ходьба стоит шимпанзе очень много энергии, говорит соавтор исследования Герман Понтцер из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, потому что обезьяны стоят прямо с согнутыми коленями - представьте себе, что вы идете целый день в лыжной позе - и имеют короткие задние ноги. Эти две черты требуют много энергии для компенсации.
Возможно, самое главное, что шимпанзе с наиболее похожей на человека походкой и телосложением ходил в вертикальном положении более эффективно, чем ходил по костяшкам - это открытие, которое Понтцер называет моментальным снимком того, как эта эволюция могла произойти.
«Поскольку мы понимаем механику [ходьбы], мы могли видеть, с чем может быть связана эволюция, чтобы сделать ее менее дорогой», - говорит Понтцер. Такие изменения включают в себя выпрямление колен и удлинение ног.
По словам Либермана, появление этих признаков у одной обезьяны предполагает достаточно вариативность популяции для естественного отбора. Если бы из-за окружающей среды обезьяны шли намного дальше, высокие энергетические затраты на ходьбу по костяшкам могли бы со временем изменить поведение.
«Так работает эволюция», - говорит Либерман. «Один [шимпанзе] оказался лучше других шимпанзе, потому что он адаптировал более расширенную позу».
Хотя данные окаменелости не относятся к тому времени, когда ученые считают, что произошел раскол между человеком и шимпанзе, несколько костей голени и бедра более поздних периодов, в частности тазобедренная кость, возраст которых составляет три миллиона лет, отражают изменения, уменьшающие стоимость двуногих. ходьба.
«По крайней мере, три миллиона лет назад, - говорит Либерман, - гоминиды выяснили, как не иметь такую [энергетическую] стоимость».
Читательский форум Smithsonian.com
Опубликовано 16 июля 2007 г.
