Исследование: плечи и локти человека могли эволюционировать как «тормоза» для лазающих обезьян

Вращающиеся плечи и разгибающиеся локти, позволяющие человеку доставать предметы с высокой полки или бросать мяч, могли изначально эволюционировать как естественная тормозная система для наших предков-приматов, которым нужно было безопасно спускаться с деревьев.

Исследователи из Дартмута предполагают, что человекообразные обезьяны и ранние гоминиды, вероятно, развили подвижные плечи и гибкие локти, чтобы замедлять спуск с деревьев под действием силы тяжести, особенно по мере увеличения массы тела. Работа опубликована в Royal Society Open Science.

Когда ранние люди покинули леса и вышли в саванну, эти универсальные конечности стали критически важны для сбора пищи и использования орудий для охоты и защиты.

Метод и наблюдения

Исследователи использовали спортивно-аналитическое и статистическое ПО для анализа видео и фотоматериалов, снятых ими в дикой природе, где сравнивали шимпанзе и небольших обезьян — мангабеев.

Они обнаружили, что при подъёме вверх шимпанзе и мангабеи двигаются схоже, с плечами и локтями, согнутыми и прижатыми к телу. Однако при спуске вниз шимпанзе вытягивают руки над головой, хватаясь за ветви, как человек, спускающийся по лестнице, в то время как их больший вес тянет их вниз задом наперёд.

Люк Фаннин, ведущий автор исследования, отметил, что эти данные — одни из первых, указывающих на значимость спуска («downclimbing») в эволюции человекообразных обезьян и ранних людей.

«Наше исследование затрагивает идею о том, что спуск — недооценённый, но невероятно важный фактор в анатомических различиях между обезьянами и человекообразными обезьянами, которые в конечном итоге проявились у людей», — сказал Фаннин.

Соавтор Джереми ДеСильва добавил: «Наша область давно изучала, как обезьяны залезают на деревья, но в литературе практически отсутствовал фокус на том, как они выбираются из дерева. Мы игнорировали вторую половину этого поведения».

Эволюционное давление

Гибкие плечи и локти, унаследованные от предковых человекообразных обезьян, позволили бы ранним гоминидам, таким как австралопитеки, безопасно спускаться с деревьев, где они ночевали.

Позже, когда Homo erectus начал использовать огонь для защиты от ночных хищников, эта же анатомическая основа — широкие плечи, способные к углу в 90 градусов, в сочетании с подвижными суставами — позволила нашим предкам метать копья с высокой точностью (человекообразные обезьяны не могут метать точно).

«Это та же анатомия ранних человекообразных обезьян с парой изменений. Эволюция — великий изобретатель», — сказал ДеСильва.

Анатомические различия

Исследователи также изучили анатомическое строение рук шимпанзе и мангабеев по коллекциям скелетов.

Как и у людей, у шимпанзе неглубокие шаровидные плечевые суставы, что обеспечивает больший диапазон движений (хотя и повышает риск вывиха). Они также могут полностью разгибать руки благодаря укороченной локтевой кости.

Мангабеи и другие обезьяны устроены иначе: у них глубокие грушевидные суставные впадины плеча и выступающий локтевой отросток, что делает сустав более стабильным, но ограничивает гибкость и амплитуду движений.

Количественные данные

Анализ видео показал:

• Угол в плечевом суставе у шимпанзе при спуске был на 14° больше, чем при подъёме.
• Рука в локтевом суставе разгибалась на 34° больше при спуске, чем при подъёме.
• У мангабеев разница в углах при подъёме и спуске составляла 4° или менее.

«Если бы кошки могли говорить, они бы сказали, что спускаться сложнее, чем подниматься. Причина в том, что вы не только сопротивляетесь силе тяжести, но и должны замедляться», — пояснил соавтор Натаниэль Домини.

Энергетическая эффективность

Соавтор Мэри Джой, анализировавшая видео, описала спуск шимпанзе как «контролируемое падение». Для более тяжёлого примата такой метод, при котором гравитация создаёт импульс, может быть более энергоэффективным, чем медленные, ограниченные движения.

«Движение у людей — это шедевр эволюционных компромиссов. Этот увеличенный диапазон движений, начавшийся у человекообразных обезьян, оказался для нас довольно полезным», — заключила Джой.