Czy zastanawiałeś się kiedyś, co poza inteligencją i przeciwstawnymi kciukami odróżnia homo sapiens od reszty królestwa zwierząt? Widoczną na pierwszy rzut oka różnicą pomiędzy nami, a zwierzętami jest nasza wyprostowana, dwunożna postawa ciała. Fakt, że w dwunożności nie mamy sobie równych, świadczy o tym, że z ewolucyjnego punktu widzenia jest to nie lada wyczyn. Postawienie nas do pionu na tylnych kończynach (zwanych obecnie dolnymi) zajęło przodkom współczesnego człowieka parę milionów lat oraz wymagało licznych adaptacji ze strony aparatu ruchu. Ciało człowieka stało się z biegiem czasu dziełem biomechaniki ,,uszytym na miarę” potrzeb dwunożności.
ZACZNIJMY OD POCZĄTKU
Cofnijmy się do głębokiej prehistorii. W czasach rządzących się prawem drapieżnika i ofiary mogłoby się wydawać, że przeżyją tylko silni predatorzy oraz zwinnie uciekające kopytne. Tymczasem na afrykańskiej sawannie (dokładnie — Wyżynie Wschodnioafrykańskiej) wyewoluowały formy australopitekoidalne, które nijak można było przyrównać do wyżej wspomnianych zwierząt. Hominidy poświęciły siłę i prędkość na rzecz efektywności oraz generalizacji, co położyło kamień węgielny pod dalszą ewolucję człowiekowatych. Ukształtowanie ciała wpływało na sposób lokomocji, a obydwa te czynniki definiowały sposób odżywiania, który również zwrotnie je modyfikował. Wszystko to modelowało formę życia grupowego, nadając całej tej układance przyczyn i skutków, rys społeczny (Diagram 1.).
Diagram 1. Perspektywa ewolucji — najobszerniejsza perspektywa przedstawiająca dwunożne przystosowanie człowieka. Obejmuje zagadnienia funkcji, struktury i odżywiania jako nieodłącznych części życia grupowego. Lokomocja to najbardziej ergonomiczna forma poruszania się po lądowym terenie pośród całego królestwa zwierząt, umożliwiająca rozwój wielu nadzwyczajnych przystosowań [opracowanie własne — materiały szkoleniowe BODYWORK®, na podstawie — Earls J., Urodzony, aby chodzić].
Chociaż naukowcy nie są zgodni co do przyczyny wyewoluowania bipedii, to niezaprzeczalnym faktem jest, że dwunożność uwolniła nasze dłonie i umożliwiła wykorzystanie ich do manipulowania narzędziami oraz komunikowania się za pomocą gestów, np. podczas polowania lub wędrówek. Dzięki sprawnym rękom nasi przodkowie mogli kontrolować ogień, co dało im niespotykaną wcześniej umiejętność – gotowanie. Obróbka cieplna pożywienia sprawiła z kolei, że ilość energii potrzebna do strawienia pokarmu spadła. Taka oszczędność pozwoliła wchłaniać większą ilość energii z pożywienia, co ułatwiło odżywianie najbardziej wymagającego organu ludzkiego ciała – mózgu.
KROK 1: SZKIELET
Dwunożna i wyprostowana postawa wynika z doskonale współpracującego ze sobą narządu ruchu. W wysokiej ergonomii uczestniczy także układ tkanki łącznej (powięzi gwarantującej sprężyste odkształcenia) oraz zarządzający zaawansowaną motoryką człowieka mózg i zawarty w nim układ przedsionkowy. Analizę adaptacji człowieka do bipedii zaczniemy od szkieletu, tworzącego sztywny fundament dla reszty wyżej wspomnianych elementów układu.
Patrząc od dołu, pierwszym elementem układu kostnego człowieka przejawiającym przystosowanie do dwunożności jest stopa. Ta stosunkowo niewielka część ciała składa się z aż 26 kości i 33 stawów! Wszystko to tworzy na niesamowitą, łukowatą konstrukcję idealną do przenoszenia przeciążeń podczas poruszania się. Wysklepienie stopy, zwiększenie rozmiarów kości piętowej oraz powierzchni stawu skokowego było więc biomechaniczną odpowiedzią na wymagania stawiane przez wertykalne ustawienie ciała.
Usadowione na stopach kości kończyn dolnych uległy wydłużeniu oraz zmienił się kąt nośny zawarty pomiędzy stawem biodrowym, a kolanowym. Jeżeli pojęcie ,,kąta nośnego” brzmi nieco mgliście — nie przejmuj się — zaraz wszystko się rozjaśni.
Diagram 2. Kolor czarny — człowiek, kolor czerwony – szympans. Kości kończyny dolnej u człowieka przebiegają ukośnie względem osi nośnej (oś1), tzn. ustawiona pod kątem kość udowa przecina oś, warunkując ustawienie kości podudzia oraz stopy przyśrodkowo względem linii pośrodkowej ciała. Tym samym stopa człowieka położona jest w rzucie środka ciężkości ciała (Q1). U szympansa kości kończyny dolnej przebiegają w całości odśrodkowo względem osi (oś2), co powoduje doboczne ustawienie ich stóp w stosunku do rzutu środka ciężkości [opracowanie własne — materiały szkoleniowe BODYWORK®, na podstawie — Earls J., Urodzony, aby chodzić].
Chód dwunożny polega na nieustannym utrzymywaniu równowagi przy wspieraniu się o podłoże tylko jedną stopą (podczas chodu 80% czasu stoimy na jednej nodze). Aby stanie na jednej nodze było możliwe, środek ciężkości ciała musi znajdować się nad płaszczyzną podparcia. Z tego powodu kończyna dolna człowieka ustawiona jest w taki sposób, aby umożliwić stopie położenie w bliskości linii pośrodkowej ciała, a tym samym w rzucie środka ciężkości. Dla porównania, u pozostałych ssaków naczelnych stopy położone są bardziej dobocznie względem linii pośrodkowej ciała, przez co stanie na jednej nodze jest w ich przypadku zdecydowanie mniej efektywne. Badania wskazują, że dwunożny chód człowieka jest około 75% mniej kosztowny energetycznie niż chodzenie czworonożne i dwunożne u szympansów.
Uzyskanie odpowiedniego dla dwunożnych kąta nośnego wymogło zmiany w położeniu i budowie kości udowej. Adaptacje ewolucyjne ustawiły kość udową pod kątem w stosunku do linii pośrodkowej ciała. Takie ustawienie spowodowało skrócenie szyjki kości udowej oraz zmiany w proporcjach kłykci. Kłykieć przyśrodkowy stał się większy od bocznego, tak aby oba mogły spocząć na pionowo ustawionej kości piszczelowej.
Zmiany w budowie szkieletu kończyn dolnych nie przyniosłyby jednak żadnych skutków gdyby nie miednica, która uległa u człowieka znacznemu skróceniu oraz poszerzeniu. U wszystkich naczelnych poza ludźmi, kości biodrowe ustawione są bardziej ku tyłowi, dzięki czemu mięśnie pośladkowe pracują znakomicie w płaszczyźnie strzałkowej, tzn. jako prostowniki biodra. Takowe ustawienie świetnie sprawdza się w wypychaniu ciała ku przodowi, jednak nie działa dobrze w przypadku stabilizacji bocznej, potrzebnej do efektywnego dwunożnego chodu. U człowieka kości biodrowe ustawione są bardziej dobocznie, przez co mięśnie pośladka pełnią rolę nie tylko prostowników, lecz także odwodzicieli biodra, co umożliwia sprawne balansowanie na jednej nodze.
Miednica jest też newralgicznym punktem, w którym dolne partie ciała łączą się z górnymi poprzez połączenie kości krzyżowej z kręgosłupem. Stawy krzyżowo-biodrowe pełnią tu kluczową rolę w redukowaniu wstrząsów przenoszonych z kończyn dolnych na kręgosłup podczas poruszania się. Zauważ, że taki transfer sił odbywa się całkiem inaczej u zwierząt, u których kończyny górne również uczestniczą w podpieraniu się podczas lokomocji.
Siły inercyjne powstałe podczas chodu czy biegu, kładą główny nacisk na obręcz miedniczną oraz lędźwiowy odcinek kręgosłupa. Esowate wygięcie tego ostatniego stanowi swoisty amortyzator działający niczym sprężyna w trakcie poruszania się. Wertykalne ustawienie kręgosłupa spowodowało również znaczną różnicę w budowie kręgów jego poszczególnych odcinków. Odcinek lędźwiowy, stanowiący podstawę całej struktury, charakteryzuje się znacznie większymi, mocniejszymi kręgami, aniżeli odcinek piersiowy, czy szyjny, które są położone wyżej.
Chód dwunożny opiera się w znacznej mierze na ruchach rotacyjnych powstających między obręczą barkową, a miedniczną. Wykształcenie długiej linii talii poprzez odsunięcie linii żeber od kości biodrowych, utworzyło przestrzeń pozwalającą na zachodzenie tychże ruchów.
Obniżeniu i zwężeniu uległa obręcz barkowa. Jej obniżenie korelowało bezpośrednio z wykształceniem stosunkowo długiej szyi umożliwiającej swobodne poruszanie głową. Zwolnione z funkcji podporowej kończyny górne skróciły się i stały się drobniejsze względem kończyn dolnych, a wyspecjalizowana struktura dystalnych paliczków ręki spowodowała, że od tej pory ich głównym zadaniem stało się zręczne manipulowanie narzędziami.
Czaszka również nie została pominięta w procesie adaptacji do bipedii. Otwór potyliczny przesunął się się ku środkowi czaszki w taki sposób, aby umiejscowić ją precyzyjnie na szczycie kręgosłupa. Skrócenie twarzoczaszki zapobiegło natomiast przesunięciu środka ciężkości głowy ku przodowi.
KROK 2: MIĘŚNIE
Jesteś ciekawy dalszych przystosowań ciała człowieka do dwunożności? Koniecznie śledź naszego bloga. Kontynuacja już wkrótce!
A jeżeli ten temat Cię zainteresował i chciałbyś zwiększyć swoją wiedzę na temat biologicznych podstaw ruchu człowieka, polecamy nasz kurs poświęcony m.in. tej tematyce: https://body-work.com.pl/alfabet-ruchu/
AUTOR
Paula Bukolt – trener medyczny. Pasjonatka aktywności fizycznej i nauk dotyczących ludzkiego ciała. W pracy przywraca swoim podopiecznym zdrowie i funkcjonalną sprawność, stawiając za cel przede wszystkim ich dobre funkcjonowanie w życiu codziennym.
LITERATURA
- Earls J., Urodzony, aby chodzić, Wydawnictwo WSEiT, Poznań 2014
- Kujawa B., Adaptacyjne aspekty hominizacji. Część I. Przystosowania morfologiczne i fizjologiczne, Przegląd Antropologiczny, tom 56, z. 1-2, str. 115-137, Poznań 1993
- Kozieł S., Dwunożność – podstawowy problem w filogenezie człowieka, Kosmos, 44(1): 187-197, 1995.
- Sockol M., Raichlen D., Pontzer H., Chimpanzee locomotor energetics and the origin of human bipedalism, PNAS 2007, 104 (30)
- Warrener A., Lewton K i in., A wider pelvis does not increase locomotor cost in humans, with implications for the evolution of childbirth, Plos One 2015
