Человеческие плечи и локти изначально появились как тормоза для лазающих обезьян

Вращающиеся плечи и разгибающиеся локти, возможно, впервые возникли как естественная тормозная система для наших предков-приматов, которым просто нужно было выбраться из деревьев и не умереть. Исследователи из Дартмута сообщают, что обезьяны и ранние люди, вероятно, развили свободно двигающиеся плечи и гибкие локти, чтобы замедлить спуск с деревьев, поскольку гравитация притягивала их более тяжелые тела. Статья была» опубликована в журнале Royal Society Open Science.

По словам исследователей, когда первые люди покинули леса и перебрались в травянистую саванну, их универсальные придатки были необходимы для сбора пищи и использования инструментов для охоты и защиты.

Исследователи использовали программное обеспечение для спортивного анализа и статистики для сравнения видеороликов и стоп-кадров, на которых запечатлены шимпанзе и маленькие обезьяны, называемые мангабеями, лазающие по дикой природе.

Они обнаружили, что шимпанзе и мангабеи взбирались по деревьям одинаково, при этом плечи и локти в основном были согнуты близко к телу. Однако, спускаясь вниз, шимпанзе вытягивали руки над головой, чтобы держаться за ветки, как человек, спускающийся по лестнице, поскольку их больший вес тянул их вниз крупом вперед.

Первый автор исследования Люк Фэннин сказал, что полученные результаты являются одними из первых, которые выявили значение «спускаясь вниз» в эволюции обезьян и ранних людей, которые более генетически связаны друг с другом, чем с обезьянами.

Существующие исследования наблюдали, как шимпанзе поднимаются и перемещаются по деревьям – обычно в экспериментальных установках – но обширное видео, снятое исследователями в дикой природе, позволило им изучить, как тела животных адаптировались к спуску вниз.

«Наше исследование рассматривает идею спуска как недооцененного, но невероятно важного фактора в расходящихся анатомических различиях между обезьянами и человекообразными обезьянами, которые в конечном итоге проявятся у людей», — сказал Фаннин. «Учитывая размеры обезьян и древних людей, спуск вниз представлял собой настолько серьезную физическую проблему, что их морфология могла отреагировать в результате естественного отбора из-за риска падения».

«В нашей области уже давно задумываются об обезьянах, лазающих по деревьям. В литературе по существу отсутствовало какое-либо внимание к тому, чтобы они слезли с дерева. Мы игнорировали вторую половину этого поведения», — сказал соавтор исследования Джереми ДеСильва, профессор и заведующий кафедрой антропологии в Дартмуте. «Первые человекообразные обезьяны появились 20 миллионов лет назад в рассредоточенных лесах, где они поднимались на дерево за едой, а затем спускались вниз, чтобы перейти к следующему дереву».

Вылезание из дерева сопряжено с множеством новых проблем. Крупные обезьяны не могут себе позволить упасть, потому что это может убить или серьезно ранить их. Естественный отбор отдал бы предпочтение той анатомии, которая позволила им безопасно спуститься.

Гибкие плечи и локти, унаследованные от предков обезьян, позволили бы древним людям, таким как австралопитеки, лазить по деревьям ночью в целях безопасности и спускаться при дневном свете невредимыми.

Когда Homo erectus научился использовать огонь для защиты от ночных хищников, человеческая форма приобрела более широкие плечи, способные поворачиваться под углом 90 градусов, что в сочетании со свободным движением плеч и локтей позволило нашим предкам превосходно стрелять из копья (обезьяны не умеют метать копья).

«Это та же самая анатомия ранних обезьян, с парой изменений. Теперь у вас есть нечто, что может бросать копье или камни, чтобы защитить себя от быть съеденным или убивать что-то, чтобы съесть себя. Это то, что делает эволюция — это великий мастер», - сказал ДеСильва. «Спуск с дерева подготовил анатомическую основу для того, что развилось миллионы лет спустя».

Несмотря на отсутствие грации у шимпанзе, говорит Фэннин, их руки приспособились, чтобы животные могли безопасно достать до земли, а их конечности удивительно похожи на конечности современных людей.

«Это шаблон, по которому мы пришли — спуск вниз, вероятно, был гораздо более трудным испытанием и для наших ранних предков», — сказал Фаннин. «Даже когда люди обрели прямохождение, способность подниматься, а затем спускаться, дерево было бы невероятно полезно для безопасности и питания, что является названием игры, когда дело доходит до выживания. Мы изменились, но отличительные черты наши обезьяньи предки остались в наших современных скелетах».

Исследователи также изучили анатомическое строение рук шимпанзе и мангабея, используя коллекции скелетов из Гарвардского университета и Университета штата Огайо соответственно. Как и у людей, у шимпанзе неглубокое округлое плечо, которое, хотя и легче вывихивается, обеспечивает больший диапазон движений, говорит Фэннин. И, как и люди, шимпанзе могут полностью выпрямлять руки благодаря уменьшенной длине кости сразу за локтем, известной как локтевой отросток.

Мангабеи и другие обезьяны по строению больше похожи на четвероногих животных, таких как кошки и собаки, с глубокими грушевидными плечевыми ямками и локтями с выступающим локтевым отростком, благодаря которому сустав напоминает букву L. Хотя эти суставы более стабильны, они имеют гораздо большую подвижность. более ограниченная гибкость и диапазон движений.

Анализ исследователей показал, что угол плеч шимпанзе во время спуска был на 14 градусов больше, чем при подъеме вверх. И их рука вытягивалась наружу в локте на 34 градуса больше при спуске с дерева, чем при подъеме. Углы, под которыми мангабеи располагали плечи и локти, различались лишь незначительно — 4 градуса или меньше — когда они поднимались на дерево и спускались вниз.

«Если бы кошки умели говорить, они бы сказали вам, что спускаться сложнее, чем подниматься вверх, и многие скалолазы- люди согласились бы с этим. Но вопрос в том, почему это так сложно», — сказал соавтор исследования профессор Натаниэль Домини. 

«Причина в том, что вы не только сопротивляетесь силе гравитации, но вам также приходится замедляться», — сказал Домини. «Наше исследование важно для решения теоретической проблемы с формальными измерениями того, как дикие приматы поднимаются и спускаются. Мы обнаружили важные различия между обезьянами и шимпанзе, которые могут объяснить, почему плечи и локти обезьян развили большую гибкость».