Lidská ramena a lokty se nejprve vyvinuly jako brzdy pro šplhající opice

Otočná ramena a lokty, které lidem umožňují dosáhnout na vysokou polici nebo si hodit míč, se možná nejprve vyvinuly jako přirozený brzdný systém pro naše předky primátů, kteří se prostě potřebovali dostat ze stromů, aniž by zemřeli.

Vědci z Dartmouthu uvádějí v časopise Royal Society Open Science, že lidoopi a raní lidé si pravděpodobně vyvinuli volně pohyblivá ramena a ohebné lokty, aby zpomalili sestup ze stromů, když jejich těžší těla přitahovala gravitace. Když raní lidé opustili lesy do travnaté savany, vědci říkají, že jejich všestranné přívěsky byly nezbytné pro sběr potravy a nasazení nástrojů pro lov a obranu.

Vědci použili sportovní analytický a statistický software k porovnání videí a statických snímků, které pořídili na šimpanzích a malých opicích zvaných mangabejové šplhající ve volné přírodě. Zjistili, že šimpanzi a mangabejové šplhají po stromech podobně, s rameny a lokty většinou ohnutými blízko těla. Při slézání však šimpanzi natahovali ruce nad hlavu, aby se drželi větví jako člověk, který slézá po žebříku, když je jejich větší váha táhla dolů zadkem napřed.

Luke Fannin, první autor studie a postgraduální student v Dartmouthově programu Ekologie, evoluce, životní prostředí a společnost, uvedl, že zjištění patří mezi první, které identifikují význam „klesání“ v evoluci opic a raných lidí, kteří jsou více vzájemně geneticky příbuzné než s opicemi. Stávající výzkum pozoroval šimpanze, jak vystupují a pohybují se po stromech – obvykle v experimentálních sestavách – ale rozsáhlé video z divočiny jim umožnilo zkoumat, jak se těla zvířat přizpůsobila šplhání dolů, řekl Fannin.

„Naše studie se zabývá myšlenkou sestupu jako podceňovaného, ale neuvěřitelně důležitého faktoru v odlišných anatomických rozdílech mezi opicemi a lidoopy, které by se nakonec projevily u lidí,“ řekl Fannin. „Slézání představovalo tak významnou fyzickou výzvu vzhledem k velikosti lidoopů a raných lidí, že jejich morfologie by reagovala přirozeným výběrem kvůli riziku pádů.“

„Náš obor dlouho přemýšlel o lidoopech, kteří šplhají po stromech – co v literatuře v podstatě chybělo, bylo jakékoli zaměření na to, jak se dostat ze stromu. Druhou polovinu tohoto chování jsme ignorovali,“ řekla studie co -autor Jeremy DeSilva, profesor a předseda antropologie v Dartmouthu.

„První lidoopi se vyvinuli před 20 miliony let v takových rozptýlených lesích, kde vylezli na strom, aby získali potravu, pak se vrátili dolů, aby přešli na další strom,“ řekl DeSilva.

„Dostat se ze stromu představuje nejrůznější nové výzvy. Velké lidoopi si nemohou dovolit spadnout, protože by je to mohlo zabít nebo těžce zranit. Přirozený výběr by upřednostnil ty anatomie, které jim umožnily bezpečně sestoupit.“

Flexibilní ramena a lokty předané z předků lidoopů by raným lidem, jako je Australopithecus, umožnily lézt na stromy v noci kvůli bezpečnosti a sestoupit za denního světla bez úhony, řekl DeSilva. Jakmile Homo erectus dokázal použít oheň, aby se chránil před nočními predátory, lidská podoba nabrala širší ramena schopná úhlu 90 stupňů, což – v kombinaci s volně se pohybujícími rameny a lokty – dělalo našim předkům vynikající střely oštěpem (opice neumí házet přesně).

„Je to stejná anatomie rané opice s několika vylepšeními. Nyní máte něco, co může házet oštěpem nebo kameny, aby se chránilo před sežráním, nebo zabíjelo věci, aby je snědlo pro sebe. To je to, co dělá evoluce – je to skvělý kutil “ řekla DeSilva.

„Slézání ze stromu připravilo anatomickou scénu pro něco, co se vyvinulo o miliony let později,“ řekl. „Když rozehrávač NFL hází fotbalem, za tento pohyb vděčíme našim opičím předkům.“

Navzdory nedostatku milosti šimpanzů, řekl Fannin, jejich paže se přizpůsobily, aby zajistily, že se zvířata bezpečně dostanou na zem – a jejich končetiny jsou pozoruhodně podobné těm, které mají moderní lidé.

„Je to šablona, ze které jsme vyšli – jít dolů byl pravděpodobně mnohem větší výzvou pro naše rané předky,“ řekl Fannin. „Dokonce i když by se lidé vzpřímili, schopnost vystoupit a pak sestoupit, strom by byl neuvěřitelně užitečný pro bezpečnost a výživu, což je název hry, pokud jde o přežití. Jsme upraveni, ale charakteristické naši opičí předkové zůstávají v našich moderních kostrách.“

Vědci také studovali anatomickou strukturu paží šimpanze a mangabeje pomocí kosterních sbírek na Harvard University a The Ohio State University, v tomto pořadí. Stejně jako lidé mají šimpanzi mělké rameno s koulí, které – i když je snadněji vykloubené – umožňuje větší rozsah pohybu, řekl Fannin. A stejně jako lidé mohou šimpanzi plně natáhnout ruce díky zkrácené délce kosti těsně za loktem známé jako olecranonový proces.

Mangabejové a další opice jsou stavěny spíše jako čtyřnohá zvířata, jako jsou kočky a psi, s hlubokými hruškovitými ramenními jamkami a lokty s vyčnívajícím olecranonovým výběžkem, díky kterému kloub připomíná písmeno L. I když jsou tyto klouby stabilnější, mají mnohem omezenější flexibilita a rozsah pohybu.

Analýza vědců ukázala, že úhel šimpanzových ramen byl při sestupu o 14 stupňů větší než při lezení nahoru. A jejich paže se natáhla ven v lokti o 34 stupňů více, když slézali ze stromu, než stoupali. Úhly, ve kterých mangabejové umisťovali svá ramena a lokty, se jen nepatrně lišily – 4 stupně nebo méně – když stoupali na strom oproti sestupu.

„Kdyby kočky uměly mluvit, řekly by vám, že slézt dolů je složitější než vylézt nahoru a mnoho lidských horolezců by s tím souhlasilo. Otázkou však je, proč je to tak těžké,“ řekl spoluautor studie Nathaniel Dominy, profesor Charles Hansen. Antropologie a Fanninův poradce.

„Důvodem je, že nejenže odoláváte gravitační síle, ale musíte také zpomalit,“ řekl Dominy. „Naše studie je důležitá pro řešení teoretického problému s formálními měřeními toho, jak divocí primáti šplhají nahoru a dolů. Našli jsme důležité rozdíly mezi opicemi a šimpanzi, které mohou vysvětlovat, proč se ramena a lokty lidoopů vyvinuly větší flexibilita.“

Spoluautorka Mary Joy, která vedla studii s Fannin pro její bakalářskou práci a absolvovala Dartmouth v roce 2021, procházela videa šimpanzů, které DeSilva natočila, když si všimla rozdílu v tom, jak zvířata sestupovala ze stromů, než jak po nich stoupala.

„Bylo to velmi nevyzpytatelné, jen se zřítilo, všechno letí. Je to velmi kontrolovaný pád,“ řekla Joy. „Nakonec jsme došli k závěru, že způsob, jakým šimpanzi sestupují ze stromu, pravděpodobně souvisí s hmotností. Větší hybnost potenciálně spotřebuje méně energie a je mnohem pravděpodobnější, že bezpečně dosáhnou země než malými omezenými pohyby.“

Ale jako trailová běžkyně Joy znala bolestný pocit, když se posouvala dolů ze svahu v krátkých klipech místo toho, aby se jen řítila po stezce tahem gravitace, nohy natažené dopředu, aby ji zachytily na konci každého kroku.

„Když se pohybuji z kopce, čím pomaleji jdu a omezuji svůj pohyb, tím více jsem unavený. Dohání mě to velmi rychle. Nikdo by si nemyslel, že rychlost a opuštěnost, s jakou šimpanzi slézají ze stromů, by být preferovanou metodou pro těžší primáty, ale moje zkušenost mi říká, že je energeticky účinnější,“ řekla.

„Pohyb u lidí je mistrovským dílem evolučních kompromisů,“ řekla Joy. „Tento zvýšený rozsah pohybu, který začal u lidoopů, skončil pro nás docela dobře. Jaká by byla výhoda, kdybychom ho ztratili? Kdyby evoluce zvolila lidi s menším rozsahem pohybu, jaké výhody by to přineslo? Nevidím žádné výhody? výhodu, že o to přijdeme.“