Поперечный свод стопы оказался самым важным для ее продольной жесткости

40 процентов жесткости человеческой стопе обеспечивает ее поперечный свод, сообщается в Nature. Ранее считалось, что для поддержания формы стопы важнее всего самый крупный ее свод — медиальный продольный. Новые данные помогут пересмотреть взгляды на развитие прямохождения у предков человека.

При ходьбе человек опирается на всю стопу. Для эффективного отталкивания от опоры средняя часть стопы должна быть достаточно жесткой. Жесткость эту обеспечивают два свода — медиальный продольный (есть и другие продольные) и поперечный. Они образованы костями плюсны и предплюсны, а также связками и мышцами.

В большинстве исследований прямохождения авторы уделяли внимание медиальному продольному своду как наиболее крупному. Однако не вполне понятно, как высота медиального продольного свода влияет на жесткость стопы: к примеру, люди с сильным продольным плоскостопием, у которых он почти не выражен, нередко могут вполне нормально ходить перекатом с пятки на носок, то есть сниженная жесткость стопы им будто бы не мешает. К тому же, в теории и поперечный свод может частично ее обеспечивать: если согнуть лист бумаги поперек, он выдержит больший груз на одном из своих концов, чем если оставить его плоским.

Поэтому ученые собрали измерения поперечного свода стопы у людей-добровольцев, шимпанзе, горилл (данные из литературы) и нескольких вымерших видов гоминид (Homo naledi, Homo habilis и других; по фотографиям костей). Особенно исследователей интересовало положение четвертой кости плюсны.

Кроме того, у авторов в распоряжении был донорский материал — замороженные ноги умерших женщин 55 и 64 лет. Их подвергли испытаниям: поставили на две платформы и нагрузили так, чтобы имитировать массу тела человека. Жесткость стоп измеряли в цельном  состоянии и после перерезки части связок, которые поддерживают поперечный свод.

Тесты настоящих ног показали, что при повреждении поперечного свода стопы ее жесткость действительно падает, притом под высокой нагрузкой — более чем на 40 процентов. Это гораздо больше, чем можно было ожидать. А измерения сводов стоп и положения четвертой кости плюсны у различных видов позволило вывести угол изгиба этого же свода, при котором он начинает играть заметную роль в жесткости стопы — и, вероятно, обеспечивать прямохождение. По расчетам исследователей, такой угол наблюдался еще у австралопитеков за полтора миллиона лет до возникновения рода Homo.

Получается, что для прямохождения может быть важнее поперечный свод стопы. Это значит, что оно могло возникнуть и у тех, кто еще не обладал хорошо развитым продольным сводом. Кроме того, авторы говорят, что их данные могут помочь в разработке обуви для коррекции плоскостопия и изучении локомоции человека, а также поменять некоторые подходы к созданию конечностей роботов.

Тем не менее, для прямохождения важна форма не только стоп, но и позвоночника. Одной из перемен в строении позвоночного столба, обеспечивших прямохождение предкам человека, считают укорочение грудного отдела с 13 позвонков до 12. Самой древней известной находке гоминида с 12 позвонками грудного отдела 3,3 миллиона лет, это останки австралопитека из Эфиопии.

Светлана Ястребова