«Как мы стали людьми. Поиски истоков человечества»: Откуда мы родом и какие факторы определили нашу эволюцию

Большинство ученых сходятся во мнении, что наиболее ранние предки человека появились в Африке. Но есть и те, кто готов с этим спорить. В 2017 году группа исследователей под руководством палеонтолога Мадлен Бёме опубликовала работу, посвященную грекопитеку (Graecopithecus). По их мнению, этот доисторический гоминид, найденный в Европе, может быть самым древним прямым предком человека после отделения от шимпанзе. В книге «Как мы стали людьми. Поиски истоков человечества» (издательство «АСТ»), переведенной на русский язык Сергеем Багдасаровым, Мадлен Бёме рассказывает, что нам известно и неизвестно о грекопитеке, как современная наука представляет себе эволюцию человека и объясняет наши отличительные качества. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным прямохождению и особенностям человеческого тела, которые делают возможным передвижение на двух ногах.

Как остановить падение вперед

Ходьба сама по себе является настоящим биомеханическим чудом. Принцип ее действия напоминает обратный маятник, потому что центр тяжести тела у нас расположен выше ног. Чтобы сделать шаг, мы должны нарушить равновесие, которое придает нашему телу положение стоя, и слегка наклониться вперед и в сторону. Однако мы бы сразу же упали, если бы равновесие не восстанавливалось благодаря попеременному сгибанию и разгибанию колен. Только так можно полностью перемещать тяжесть тела сначала на одну ногу, а потом на другую. При этом само движение осуществляется главным образом благодаря ступням: они перекатываются по поверхности земли, и большие пальцы толкают тело вперед. Уже для ходьбы необходимо искусно сохранять равновесие тела, однако поверхность стопы сравнительно мала по отношению к нагрузке, которая на нее приходится. При беге человек на короткое время отталкивается от земли и оказывается в воздухе, а затем нашему организму необходимо смягчить силу удара при приземлении. Кроме того, когда мы бежим, центр тяжести тела располагается перед ногами. При каждом отталкивании в мышцах и сухожилиях ног сохраняется энергия, и они натягиваются, как пружины. Когда же при совершении обратного движения они расслабляются, эта энергия высвобождается и устремляет нас вперед.

Проще говоря, бег представляет собой постоянное падение вперед, которое мы то и дело останавливаем. Как ни удивительно, на более высоких скоростях такой способ передвижения с точки зрения энергозатрат является более эффективным по сравнению с принципом маятника, который лежит в основе обычной ходьбы и при котором связки и сухожилия играют лишь второстепенную роль.

В процессе эволюции этот своеобразный способ передвижения усовершенствовался благодаря многочисленным изменениям, которым подверглось строение нашего тела. При этом было достигнуто идеальное и слаженное взаимодействие различных частей и функций нашего организма. Так, мы можем лучше сохранять равновесие и обладаем специальными особенностями в устройстве скелета, теплорегуляции и системе накопления энергии, которые делают из нас прекрасных бегунов.

При более подробном рассмотрении становится очевидным, насколько важную роль сыграли эти особенности в процессе человеческой эволюции. Давайте начнем с головы. Уже для развития прямохождения было необходимо, чтобы место крепления позвоночника к черепу — большое затылочное отверстие — переместилось с затылка к основанию черепа. Это коренное преобразование было необходимым условием для того, чтобы наши предки вообще смогли передвигаться на двух ногах и смотреть вперед, держа голову над позвоночником. Однако одной этой особенности недостаточно, чтобы при беге держать голову перед телом, не прилагая для этого больших усилий. Поэтому у человека к тому же появилась крепкая затылочная связка, которая прикрепляется к массивному костяному наросту на затылке и достигает самого нижнего шейного позвонка. У шимпанзе и предлюдей такой затылочной связки нет. А вот у таких до исторических людей, как человек прямоходящий и неандерталец, она была развита даже еще лучше, чем у нас. Подобное стабильное соединение между головой, шеей и верхней частью тела, а также свободное положение плеч, которые двигаются в такт прочим движениям, являются необходимым условием для сохранения равновесия при беге. У современных человекообразных обезьян, напротив, верхняя часть туловища плотно соединяется с плечевым поясом. Эта особенность, в свою очередь, облегчает лазание по деревьям, но при беге была бы лишь помехой.

Кроме того, у нас есть крупная и мощная ягодичная мышца, благодаря которой при беге мы можем переносить центр тяжести тела вперед, не теряя равновесия. Она в какой-то степени играет роль противовеса, когда верхняя часть туловища принимает наклонное положение. У человека ягодичная мышца является самой крупной, а вот у человекообразных обезьян она, напротив, сравнительно маленькая. Помимо этого, человек отличается наличием особенно мощной крестцово-остистой мышцы, которая соединяет верхнюю часть туловища и таз. Если взглянуть на скелет, это будет заметно по крупным сухожилиям, присоединяющим данную мышцу к копчику и тазовой кости.

Строение нашей грудной клетки также идеально подходит для бега на большие расстояния. У четвероногих животных толчки при беге смягчаются в том числе и грудной клеткой, из-за чего она попеременно сужается по бокам и затем снова расширяется. Поэтому животные делают один вдох на шаг и вынуждены координировать частоту дыхания и шагов. Как результат, при любом виде бега они достигают определенной скорости, позволяющей им максимально эффективно расходовать энергию. Поэтому четвероногие животные часто не могут плавно менять скорость бега, а резко переходят с одной на другую. Так, лошадь, идущая рысью, резко срывается на галоп. У человека же, напротив, столь тесной взаимосвязи частоты дыхания и шага нет, потому что грудная клетка при передвижении не задействована. Поэтому мы можем плавно менять скорость бега.

А сейчас давайте взглянем на нижнюю часть нашего тела, ведь ноги у нас также идеально приспособлены для продолжительного бега. Особенно большая нагрузка при этом приходится на коленный сустав, ведь при каждом шаге ему необходимо выдерживать массу, в три и даже четыре раза превышающую массу нашего тела. Поэтому нет ничего удивительного в том, что площадь сустава между бедром и голенью стала значительно больше, что позволяет лучше распределять такое действие силы. Если просто ходить на двух ногах, то можно обойтись и без этой особенности, поэтому у предлюдей ее еще не было.

Наша способность быстро и долго бегать связана также с соотношением длины ног и массы тела. Так, в ходе эволюции бедро у нас значительно вытянулось, в то время как туловище и руки становились короче, чтобы сократить общую массу. Ни у одного вида обезьян нет таких длинных ног, как у человека, даже у лангуров, которые благодаря своим длинным нижним конечностям прыгают с ветки на ветку, часто покрывая при этом большие расстояния. Кроме того, нашей удивительной способностью к бегу мы не в последнюю очередь обязаны полностью сформированному, эластичному своду стопы, который значительно улучшает передачу энергии [Kraftübertragung]. Для простой ходьбы на двух ногах достаточно и менее развитого свода стопы, как, например, у Люси — предчеловека вида австралопитек афарский. Однако ввиду того, что при беге на стопу действует очень большая сила, плюсневая кость у человека имеет достаточно компактную форму.

В процессе человеческой эволюции эта особенность впервые появляется у представителей рода людей. Однако устойчивую опору при беге нам обеспечивает не только свод стопы: наша ступня особенно эффективно перекатывается по поверхности благодаря тому, что боковые пальцы на ней сравнительно маленьких размеров. Если бы они были длиннее, то эффект рычага, толкающий нас вперед, был бы более сильным, но за такое преимущество пришлось бы заплатить равновесием тела. Очевидно, в данном вопросе эволюция сделала выбор в пользу безопасности. Среди прочего это, наверное, объясняется тем, что при падении на большой скорости вероятность получить травму очень велика.

А сейчас давайте взглянем на самое мощное сухожилие человека, ахиллово сухожилие, которое также играет очень важную роль при беге. Благодаря тому, что длина пятки у человека в ходе эволюции уменьшилась, это сухожилие натягивается сильнее и, действуя по принципу тетивы, приводит кости в движение с большей силой, чем у человекообразных обезьян и предлюдей. У современного человека разумного пяточная кость даже короче, чем у его близкого родственника неандертальца. Это свидетельствует о том, что уже с самого начала мы были более приспособлены к продолжительному бегу.

Однако способствующие этому изменения происходили не только в нашем опорно-двигательном аппарате. Более совершенным стало у нас и чувство равновесия. Если заглянуть во внутреннее ухо человека, то будет видно, что полукружные каналы в нем значительно шире, чем у человекообразных обезьян и предлюдей. А они являются очень важной частью вестибулярного аппарата и фиксируют изменения положения тела в пространстве, а также переход с одной скорости движения на другую. Благодаря этому мы можем лучше сохранять равновесие при беге на высокой скорости.

Подробнее читайте:
Как мы стали людьми. Поиски истоков человечества / М. Бёме, Р. Браун, Ф. Брейер; пер. с немецкого Сергея Багдасарова. — Москва: АСТ, 2022. — 336 с.