Почему современные люди идеального размера для скорости

Самые быстрые животные на суше, в воде и воздухе — гепард (104 км/ч), желтопёрый тунец (75 км/ч) и иглохвостый стриж (112 км/ч) — имеют общую черту: они не самые крупные и не самые мелкие в своих группах, а среднего размера.

Чтобы выяснить причину, исследователи использовали виртуальную модель человеческого тела OpenSim, содержащую все кости, мышцы и сухожилия. Они масштабировали стандартную модель (75 кг) от размера мыши (100 г) до размера слона (2000 кг) и заставили их бежать с максимальной скоростью.

Результаты моделирования

• Самой быстрой оказалась модель весом около 47 кг (средний вес гепарда).
• Модели тяжелее 900 кг не могли двигаться, что указывает на верхний предел размера для человеческой формы.
• Более крупные модели были ограничены мышцами: с ростом массы площадь поперечного сечения мышц увеличивается медленнее, чем их объём, делая их относительно слабее.
• Миниатюрные модели, имея относительно сильные мышцы, сталкивались с проблемой гравитации: они были слишком лёгкими, чтобы эффективно отталкиваться от земли, и вынуждены были приседать, как мыши или кошки, что замедляло частоту шага.

Вывод: Существует компромисс между силой отталкивания от земли и частотой шага, который оптимально разрешается при промежуточном размере.

Эволюция человека и скорость

Размер тела гомининов сильно варьировался в истории:

• Australopithecus afarensis (~3.5 млн лет назад): ~30 кг
• Homo erectus (~2 млн лет назад): ~80 кг
• Homo naledi (~300 тыс. лет назад): ~37 кг
• Homo floresiensis (~50 тыс. лет назад): ~27 кг

В целом, масса тела имела тенденцию к увеличению, а с ней, предположительно, росла и скорость бега. Мелкие виды, такие как H. naledi и H. floresiensis, должны были жертвовать скоростью из-за своего размера.

Средняя масса современного взрослого человека (~62 кг) близка к идеальному для скорости весу в 47 кг, найденному в моделировании. Многие лучшие марафонцы, например Элиуд Кипчоге, весят около 50 кг.

Итог: Современные люди, вероятно, достигли максимально возможной для своей мышечной формы скорости. Для её значительного увеличения потребуются крупные изменения в строении мышц.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.