Важливе оголошення

18 грудня 2020 року о 8:58

Відвідайте Back2BU, щоб отримати останні оновлення та інформацію про відповідь BU на COVID-19. Студенти можуть знайти додаткову інформацію в Посібнику для студентів та студентів.

Те, що у вас широкий таз, не означає, що ви не можете бути ефективним бігуном - і ходителем - показує біологічний антрополог

Крісті Льютон, доцент кафедри анатомії та нейробіології Медичного факультету БО. Фото Джекі Ріккарді

Чого можна навчитися з тазу? Серед якостей, які роблять людей унікальними, є дві фізичні особливості: наш спосіб ходити і бігати вертикально на двох ногах і дуже великі голови наших новонароджених дітей. Ці дві риси людства зустрічаються в малому тазу, наборі кісток, що включає клубову кістку, ішіум, лобок і крижину.

Більше 50 років антропологи вважали, що таз людини формується в результаті еволюційного перетягування каната між конкуруючими вимогами біпедалізму та пологів. Зараз група вчених, до складу якої входить Крісті Льютон, доцент кафедри анатомії та нейробіології Медичної школи Бостонського університету, та колеги з Гарвардського університету, Хантер-коледжу та Вашингтонського університету, Сент-Луїс, показали, що це так "акушерська дилема" може взагалі не бути дилемою. Першою автором дослідження є Анна Уорренер, докторант Гарварду, яка працює в лабораторії Даніеля Лібермана, професора біологічних наук Едвіна М. Лернера II. Дослідження виросло на основі досліджень, проведених Уорренер як частина доктора філософії. у Вашингтонському університеті, який вона закінчила під керівництвом Германа Понцера, нині професора антропології в Хантері.

Люди народжують дуже великих («величезних!») Новонароджених, говорить Льютон. Поки шимпанзе та інші нелюдські немовлята приматів виходять із родових шляхів із запасом місця, людські немовлята повинні виконати складну серію обертань, щоб пробитися у світ, а отвір тазу ледве досить великий. Якщо щось піде не так, життя матері і дитини знаходиться під загрозою. Отже, чому в організмі людини не розвинувся ширший таз? Антропологи довгий час вважали, що діє еволюційний компроміс; вони припустили, що широкий таз "шкідливий для біпедалізму", говорить Льютон. Проте до цього часу ніхто не ретельно перевіряв це припущення.

Учасниця експерименту Льютона йде по біговій доріжці, поки вимірюється споживання кисню, а її рух відстежується датчиками. Фото Крісті Л. Льютон

Льютон та її колеги вирішили з’ясувати, чи справді широкі стегна роблять біг і ходьбу менш ефективними. Вони набрали 38 студентів, серед яких були як чоловіки, так і жінки, і змусили їх ходити та бігати по біговій доріжці, вимірюючи споживання кисню. Поки учасники тренувались, їх рух відстежували вісім камер, тренованих на інфрачервоних маркерах, прикріплених до стегон, колін, щиколоток, стегон та гомілок учасників. Льютон та її колеги оцінили ширину стегна випробовуваних, використовуючи результати інфрачервоних трекерів, а пізніше об'єднали їхні дані з результатами дослідницької групи Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, яка використовувала МРТ для прямого вимірювання ширини стегон. (Справжня ширина стегон визначається як відстань між кульшовими суглобами, зазначає Льютон, і відрізняється від тієї, яку ви вимірювали б кравецькою стрічкою.)

Якщо основні припущення акушерської дилеми правильні, каже Льютон, учасники з більш широкими стегнами повинні бігати і ходити менш ефективно, ніж ті, що мають вузькі. Але Льютон та її команда виявили не це. Натомість вони взагалі не знайшли зв'язку між шириною стегна та ефективністю: бігуни з широкими стегнами рухались так само добре, як і їх однолітки з вузькими стегнами. Льютон та її колеги опублікували свої результати в березні 2015 року в Інтернет-журналі PLOS ONE. Робота була підтримана грантами Національного наукового фонду та Фонду Лікі.

"Цей" компроміс "між стегнами, достатньо великими для великої дитини і досить малими для ефективного руху, здається, не відбувається", - говорить Льютон. «Це означає, що ми повинні переписати всі підручники з антропології! Навіть поза підручниками, широка громадськість думає, що якщо ваші стегна широкі, ви погано двоногі, і це, здається, не так ".

Проста модель сил на тазостегновий суглоб (ліворуч) показує силу реакції на землю (GRF), що передається вертикально через середню лінію тіла. Нова, більш досконала модель (праворуч) показує сили, що рухаються через ряд пов'язаних сегментів, включаючи стопу, гомілку та стегно, щоб дістати стегно, і показує, що GRF насправді має кут нахилу і не знаходиться в середній лінії. Кредит: Анна Г. Уорренер, Крісті Л. Льютон, Герман Понцер, Даніель Е. Ліберман

Це повинно змусити двоногих різної форми та розміру почуватись добре. Але це залишає питання: якщо вимоги руху не стримують їх, чому стегна людини не стали ширшими протягом поколінь еволюції - і чому пологи не стали простішими? Можливо, працює третя, досі невідома еволюційна сила. А може, припускає Льютон, пологи людини не завжди були такими важкими.

Палеоантропологи майже не можуть знати, якими були пологи сотні тисяч або мільйони років тому, говорить Льютон. Хоча жменька скам'янілих скелетів дорослих розповідає одну сторону історії, немає таких відомостей щодо новонароджених дітей, чиї м’які скелети погано збереглися під скам'янінням. "Трохи важко зробити висновок, чи насправді ця невідповідність розміру плоду та розмірів тазу насправді була проблемою", - говорить Льютон. "Нам не вистачає половини рівняння".

Деякі дослідники вважають, що кардинальна зміна відбулася близько 10 000 років тому, коли люди неоліту перейшли від нагулу до землеробства. Порівнюючи скелети до і після цього переходу, антропологи виявили, що кістки і зуби людей, які жили на сільськогосподарській дієті, з великою кількістю зерна і відносно невеликою кількістю білка, були відносно слабкими. Антропологи також вважають, що дефіцит вітаміну D з'явився приблизно в цей час, як це спостерігається при вадах розвитку тазових кісток. Якби немовляти різко зросли під час цього сільськогосподарського переходу, ми могли б ще не побачити впливу еволюції на організм.

Щоб зрозуміти сили, які формували таз з часом, Льютон також звертається до наших родичів-приматів - від крихітних мармесетів-пігмеїв аж до непоганих 220-фунтових горил. Протягом півроку Льютон подорожував до семи музеїв світу, досліджуючи скелети 800 окремих тварин, що представляють 40 різних видів приматів. Її колекція включала чотири різні "рухові групи": люди; тварини, які проводять більшу частину часу на деревах; «Наземні чотириногі», які ходять на чотирьох ногах по землі; і, що найефективніше, "вертикальні чіплячі та стрибачі", які генерують величезні рушійні сили, виконуючи акробатику.

Сіфакас, як і той, що зображений тут, є членами вертикальної групи приматів, що чіпляються і стрибають. Фото Стефані Л. Мередіт

Використовуючи просту механічну модель, в якій кістки малого тазу розглядаються як жорсткі важелі, Льютон зробив ряд прогнозів щодо того, як повинні змінюватися тазові кістки для чотирьох груп. Але з дев'яти різних особливостей, які вона проаналізувала, лише дві - висота і сила нижньої частини клубової кістки - відповідали її прогнозам. "Мені це наводить на думку, що модель, з якої ми вивели ці прогнози, не зовсім правильна", - говорить Льютон. Зараз вона розробляє більш деталізовані моделі малого тазу, які дозволять їй безпосередньо вимірювати напруження та навантаження на кістки.

Це дослідження є частиною більшої мети Льютона: повернути скам’янілість «до життя», висвітлюючи зв’язок між тим, як будуються тварини і як вони поводяться. Вивчаючи ці зв’язки в живих істотах, говорить Льютон, „ми можемо сформувати набагато кращі гіпотези про те, як анатомія пов’язана з функцією”, і ми можемо з вірністю уявити повноцінне і анімоване життя істот, котрих ті скам’янілі колись належали кістки.

Лазерне сканування стегна людини виявляє детальну анатомію кісткової поверхні. Фото надано Крісті Л. Льютон

"Мене завжди цікавили скам'янілості, ще з тих пір, як я був крихітною, крихітною дитиною", - говорить Льютон. Коли їй було лише п’ять років, вона почала займатися волонтерством раз на тиждень у Музеї природної історії Сан-Дієго. "Ми ходили б за лаштунки і працювали з одним із кураторів, і чистили скам'янілість - маленькі крихітні черепашки та речі - кирками та щітками", - згадує Льютон. "Моя мати вважала це дуже нудним, і вона постійно думала, що мені це набридне, але мені це ніколи не набридало". Коли їй було дев'ять, Льютон закінчив черепашки до кісток динозаврів і цілими днями проводив обшуки скам'янілостей у кар'єрі Монтани в рамках дитячої програми, спонсорованої Музеєм Скелястих гір. У старшій школі Льютон почала шукати глибшого людського зв’язку зі своєю роботою. Вона відклала динозаври і взялася за палеоантропологію, вивчення предків людини.

Все це привело її до малого тазу: "Мене завжди цікавило витоки біпедалізму: чому ми стали двоногими, а коли стали двоногими?" Оскільки таз з'єднує ноги з рештою тіла і передає всі сили, що виникають під час руху, "це здається структурою, яка потенційно може бути дуже інформативною для з'ясування цих взаємозв'язків між анатомією та функцією і, зрештою, реконструкції поведінки викопні дані ".

Отже, чого можна навчитися з тазу? Якщо ви Крісті Льютон, ви, можливо, зможете дізнатися щось нове про те, що робить нас людьми.