Мы знаем, что когда-то наши предки спустились с деревьев на землю и встали на две ноги. Но произошло это не мгновенно. Переход от «древесной жизни» к двуногой походке затянулся на миллионы лет. В скелете ранних гоминид — австралопитеков — наряду с явными признаками прямохождения есть и древолазательные особенности. Природа наградила австралопитеков довольно длинными руками (хотя и не такими длинными, как у шимпанзе) и изогнутыми фалангами пальцев. О чём это говорит? О том, что австралопитеки регулярно забирались на деревья? Или такие руки просто достались в наследство от обезьяньих предков? Американские исследователи с помощью компьютерной томографии измерили силу рук знаменитой самки австралопитека Люси и выяснили, что этими руками она регулярно хваталась за ветви деревьев. С результатами исследования можно ознакомиться в журнале PLOS ONE.
Авторы статьи обращают внимание на те особенности костей, которые пластичны и могут меняться в зависимости от образа жизни животного. Так, если активно используются определённые группы мышц, — в ответ на нагрузку не только увеличиваются сами мышцы, но перестраивается и кость. В местах прикрепления мышц усиливается костный рельеф, утолщается кортикальный слой. Это особенности не врождённые, а приобретённые — поэтому по ним можно делать выводы о том, какие нагрузки испытывало животное, и как оно двигалось.
Судить о нагрузках специалисты могут, например, анализируя поперечную структуру диафизов — центральных отделов длинных костей. Так можно вычислить «силовые пропорции» — отношение силы верхних конечностей к силе нижних. Подобные данные уже были получены для человека, шимпанзе и горилл. Исследования подтвердили, что у обезьян руки относительно более сильные, чем у нас с вами. Любопытно, что среди человекообразных обезьян сила рук относительно силы ног выше у тех, кто больше времени проводит на деревьях. Так, лидируют по этому показателю убеждённые древолазы — орангутаны, за ними следуют шимпанзе. А завершают ряд почти полностью наземные горные гориллы. Подобная закономерность наблюдается и среди людей: самая высокая сила рук относительно силы ног оказалась у гимнастов.
Антропологи решили применить такой же подход к знаменитому скелету афарского австралопитека AL 288-1 «Люси». Эта маленькая самка погибла 3,18 млн лет назад, а её скелет хорош тем, что у него сохранились кости и верхних, и нижних конечностей. Судя по развитию зубов и приросшим эпифизам костей, на момент смерти Люси была взрослой. Авторам статьи представилась редкая возможность пощупать не какие-нибудь там гипсовые или пластиковые слепки, а оригинальные кости из Эфиопии.
С помощью компьютерной микротомографии исследователи получили 35 тысяч изображений поперечных сечений диафизов костей Люси — левой и правой плечевой, а также левой бедренной. Полученные результаты обрабатывались и сравнивались с данными по Homo sapiens (более тысячи скелетов, от верхнего палеолита до XX века), шимпанзе (порядка 100 особей) и ископаемым гоминидам. Для каждого исследованного скелета вычислялись силовые пропорции.
Что в итоге получилось?
По отношению силы рук к силе ног Люси заняла промежуточное положение между человеком и шимпанзе. Руки у Люси, видимо, были очень сильные. В отличие от неё, древние люди (судя по изученным останкам — Homo ergaster KNM-WT 15 000 и ряду других) близки к современному человеку.
У двух других австралопитеков, чьи останки были изучены (Австралопитек африканус Stw и парантроп Бойса KNM-ER 739) оказались такие же сильные руки, как у Люси.
Кстати, интересная деталь: из исследования следует, что правая рука Люси была существенно сильнее левой. Это указывает на то, что Люси, вероятно, была правшой.
Итак, какие выводы делают авторы работы?
С одной стороны, исследование подтвердило, что Люси явно ходила по земле на двух ногах. Пропорции Люси в целом ближе к человеческим, чем к шимпанзиным. Строение шейки бедра свидетельствует о походке, напоминавшей человеческую.
С другой стороны, цифры говорят о мощной нагрузке на верхние конечности. Конечно, можно фантазировать, что Люси постоянно напрягала руки при сборе пищи или регулярно занималась боксом. Но, скорее всего, мощные плечи нужны были австралопитеку при лазании по деревьям. Там австралопитеки могли добывать себе корм и спасаться от хищников. Возможно даже, что Люси нужно было напрягать руки ещё сильней, чем современным обезьянам — ведь ноги-то у австралопитека уже человеческие, ими удобно бегать по саванне, а не за ветки цепляться.
Исследователи указывают на повышенную массивность костей как рук, так и ног Люси и других австралопитеков. Вероятно, ранние гоминиды обладали высокой мышечной силой — подобно современным шимпанзе. Как известно, с взрослой самкой шимпанзе с трудом могут справиться несколько дюжих мужчин. Люси, судя по всему, тоже могла дать сдачи любому современному атлету. Почему же с тех пор наши предки ослабели? Авторы предлагают эволюционное объяснение, которое кратко выражается известной формулой «Сила есть — ума не надо!», только в обратную сторону. В процессе эволюции увеличивавшийся мозг древних людей требовал значительных энергетических затрат. Происходила перестройка метаболизма — мозг «отбирал» всё больше калорий у мышц. Так что, приобретая мощный интеллект, люди неизбежно теряли в силе.
Кстати, необычайная физическая сила обезьян по сравнению с человеком связана не с мышечной массой, а с эффективностью работы мышечных волокон. Удельная сила на единицу объёма мышц у шимпанзе выше. Так что австралопитеки, будучи очень сильными, вовсе не обязательно выглядели как качки.
Наконец, исследователи смоделировали походку Люси. Судя по размеру головки бедра, сила реакции тазобедренного сустава у австралопитека была сниженной по отношению к нагрузке на конечность в целом. Для того чтобы уменьшить нагрузку на сустав, Люси при ходьбе должна была сильно смещать центр тяжести из стороны в сторону, раскачиваясь при каждом шаге. Такая походка «вразвалочку» требовала бо́льших, чем у человека, затрат энергии. Учитывая относительно короткие ноги австралопитеков, вряд ли Люси могла ходить на очень большие расстояния.
Итак, исследователи добавили несколько штрихов к уже хорошо известному образу Люси — прямоходящего существа, которое нет-нет, да и взбиралось на баобаб. Напомню, что недавно американские антропологи определили причину смерти знаменитой самки: Люси погибла при падении с большой высоты.
Источник: Christopher B. Ruff , M. Loring Burgess, Richard A. Ketcham, John Kappelman Bone Structural Proportions and Locomotor Behavior in A.L. 288-1 («Lucy»). PLoS ONE 11(11): e0166095. http://dx.doi:10.1371/journal.pone.0166095
