Lidé si vyvinuli flexibilní oblouky, aby mohli chodit vzpřímeně

Mezi rysy, které oddělují, vyniká efektivní vstávání, chůze a běh na dvou nohách Homo sapiens z lidoopů – a za mnohé můžeme vděčit zvednutému mediálnímu oblouku. Mechanika bipedální chůze je sice klíčová, ale stále je tak trochu evoluční záhadou. Studie zveřejněná 30. května v časopise Hranice v bioinženýrství a biotechnologii zjistili, že užitečné a pružinové oblouky se mohly vyvinout za účelem pomoci nám chodit po dvou nohách.

[Related: Foraging in trees might have pushed human ancestors to walk on two feet.]

Tým zjistil, že zpětný ráz pružné klenby přemístí kotník do vzpřímené polohy pro efektivnější chůzi a je zvláště účinný při běhu.

„Původně jsme si mysleli, že oblouk podobný pružině pomohl zvednout tělo do dalšího kroku,“ uvedla v prohlášení spoluautorka studie a biomechanická inženýrka University of Wisconsin-Madison Lauren Welteová. „Ukázalo se, že místo toho se oblouk podobný pružině stáhne, aby pomohl kotníku zvednout tělo.“

Má se za to, že zvýšená klenba ve středu lidského chodidla dává homininům větší vliv při vzpřímené chůzi. Když je pohyb klenby omezený, jako by tomu mohlo být u lidí s více plochými chodidly, běh vyžaduje od těla více energie. Zpětný ráz oblouku by mohl potenciálně učinit náš druh efektivnější tím, že pohání těžiště těla dopředu, což v podstatě nahrazuje mechanickou práci, kterou by svaly jinak musely vykonávat.

V této nové studii tým vybral sedm účastníků s různou pohyblivostí klenby a natočil jejich vzorce chůze a běhu pomocí vysokorychlostních rentgenových kamer pro zachycení pohybu. Tým změřil výšku klenby každého účastníka a provedl CT sken jejich pravé nohy. Vytvořili také rigidní modely, které byly porovnány s naměřeným pohybem kostí na chodidle. Vědci poté měřili, které klouby nejvíce přispěly ke zpětnému rázu oblouku a příspěvku zpětného rázu oblouku k pohonu těžiště a kotníku.

Překvapivě zjistili, že tuhá klenba bez zpětného rázu způsobila, že noha předčasně opustila zem, což pravděpodobně snížilo účinnost lýtkového svalu. Pevný oblouk také naklonil kosti kotníku příliš dopředu. Předklon vypadá spíše jako postoj kráčejících šimpanzů místo rovného vzpřímeného postoje lidské chůze.

Flexibilní klenba pomohla přemístit kotník do vzpřímené polohy, což noze umožnilo efektivněji se odtlačit od země. Tento efekt je větší při běhu, což naznačuje, že flexibilní klenba pro efektivnější běh mohla být žádoucí evoluční vlastností.

Tým také zjistil, že kloub mezi dvěma kostmi ve středním oblouku – naviculare a mediálního klínového tvaru – je zásadní pro flexibilitu. Zkoumání změn v tomto kloubu v průběhu času by mohlo vědcům pomoci sledovat vývoj bipedalismu v našem vlastním fosilním záznamu.

[Related: The Monty Python ‘silly walk’ could replace your gym workout.]

„Pohyblivost našich nohou nám zřejmě umožňuje chodit a běhat vzpřímeně, místo abychom se buď krčili dopředu nebo příliš brzy tlačili do dalšího kroku,“ uvedl v prohlášení spoluautor studie a strojní a materiálový inženýr z Queen’s University Michael Rainbow.

Tato zjištění a pochopení více o flexibilitě klenby by mohly pomoci lidem, kteří mají ztuhlé klenby v důsledku nemoci nebo zranění. Jejich hypotéza stále potřebuje další testování, ale mohla by pomoci vyřešit nepřeberné množství moderních dilemat nohou.

„Naše práce naznačuje, že umožnění pohybu oblouku během pohonu zefektivňuje pohyb,“ řekl Welte. „Pokud omezíme pohyb klenby, je pravděpodobné, že dojde k odpovídajícím změnám ve fungování ostatních kloubů.“