Dwie nogi - wiele wątpliwości, czyli o ewolucji bipedalizmu

Kiedy spojrzysz na kręgowce, dostrzeżesz liczne zwierzęta o różnych przystosowaniach, będzie je wszystkie, poza rybami, łączyła jedna istotna cecha - znaczna ich większość porusza się na czterech kończynach.


Dwie nogi - wiele wątpliwości, czyli o ewolucji bipedalizmu

Kiedy spojrzysz na kręgowce, dostrzeżesz liczne zwierzęta o różnych przystosowaniach, będzie je wszystkie, poza rybami, łączyła jedna istotna cecha - znaczna ich większość porusza się na czterech kończynach.

Z ważniejszych dwunożnych kręgowców, tzw. bipodów można wymienić ptaki, kangury, postrzałkowate, szczuroskoczki, skakuszki, łuskowce i człowieka, przy czym postawa dwunożna u ptaków wyewoluowała setki milionów lat temu, a u człowieka według naukowców dopiero ok. 11,6  milionów lat temu, mowa o gatunku Danuvius guggenmosi odkrytym w latach 2015 - 2018 przez archeologa amatora - Sigulfa Guggenmosa - w okolicy miejscowości Pforzen w Bawarii.

Grafika przedstawiająca artystyczną wizję Danuviusa.

Hominoid był wyjątkowo lekki i niewielki jak na współczesne standardy tej grupy małp wąskonosych - proporcje jego ciała przypominały te u szympansa karłowatego (Pan paniscus), ale sam Danuvius był mniejszy. Uważa się, że był jednym z pierwszych naczelnych, którego przepona została przesunięta do dolnej części klatki piersiowej, co mogło spowodować powstanie zauważalnej lordozy obecnej tylko u człowieka, ponieważ ułatwia mu chód dwunożny. Z biofizycznego punktu widzenia lordoza jest człowiekowi potrzebna do utrzymania równowagi podczas poruszania, ponieważ wtedy środek ciężkości obecny w górnej części ciała spoczywa bezpośrednio nad obręczą miedniczą a nie jak u tetrapodów z jej przodu, dlatego tak mało kręgowców wykształciło postawę dwunożną - jest to energetycznie niekorzystne rozwiązanie, ponieważ cały ciężar ciał spoczywa na kończynach tylnych, których kości muszą być mocniejsze, a mięśnie efektywniej pozyskiwać ATP w wyniku oddychania tlenowego i być odporne na duży wysiłek.

Z drugiej strony takie rozwiązanie zmniejsza jednocześnie obciążenie przednich kończyn, które dzięki temu mogą powodować rozwój organizmu w innych kierunkach np. przekształcić się w skrzydła jak u ptaków albo w kończyny chwytne jak u naczelnych. Jednocześnie przednie kończyny mogą być używane do nowego celu jak kontrola lotu ptaków czy praca manualna w przypadku ludzi. Ostatecznie przeniesienie ciężaru ciała na wyłącznie tylne kończyny okazuje się zapewniać większy sukces ekologiczny mimo względnie mniej optymalnego rozkładu ciężaru ciała niż u tetra- czy heksapodów.

U Homo sapiens postawa dwunożna przełożyła się także na zdominowanie układu ruchu przez mięśnie zbudowane z włókien czerwonych charakteryzujących się metabolizmem bezwzględnie tlenowym i dużą wytrzymałością, ale za to słabszą siłą skurczu w porównaniu do włókien białych. U wielu ptaków migrujących bipedalizm umożliwił rozwój bardzo silnych i wytrzymałych mięśni skrzydeł.

Wracając w końcu do Danuviusa, nie można nie wspomnieć o jego innych interesujących cechach, jak np. niespotykany u innych człekokształtnych sposób poruszania się w koronach drzew. Hominoid ten nie wieszał się na rękach jak to robią współczesne człowiekowate ani nie stosował brachiacji jak orangutany i gibony. Według odkrywców i licznego grona antropologów i prymatologów prawdopodobnie dzięki wyjątkowo chwytnym stopom mógł chodzić na dwóch nogach po gałęziach drzew i sporadycznie wieszać się na rękach jak większość współczesnych wyższych naczelnych.

Dodatkowo miał przerośnięte stawy kolanowe, a jego kostki miały mocno zawężony zakres ruchu, co uważa się za mocną przesłankę w kierunku tego, że poruszał się na dwóch nogach wśród gałęzi drzew.

Pokrewieństwo Danuviusa że współczesnymi hominidami.

U wcześniej wymienionych gryzoni i kangurów postawa dwunożna umożliwia wykonywanie długich skoków przy jednoczesnym uwolnieniu przednich kończyn, których używają do trzymania pokarmu w trakcie jedzenia. Z biofizycznego punktu widzenia takie rozwiązanie jest korzystne, ponieważ zmniejsza to powierzchnię punktu, z którego wybija się zwierzę, siła nacisku kumuluje się na mniejszym obszarze, a sprężystości w grubych, mocnych ścięgnach, a dzięki odpowiedniej budowie kończyn jest zamieniana w energię potencjalną i pozwala kangurowi skoczyć na dużą odległość tak w pionie jak i poziomie, u kangura rudego standardowo jest to prędkość ok. 25 km/h, przy czym na krótkich dystansach może przyspieszać nawet do 70 km/h.

Dzięki postawie dwunożnej kangury są wystarczająco szybkie, żeby w razie zagrożenia uciec przed drapieżnikami - osiągnięcie tego zapewnił im niespotykany wśród torbaczy sukces ewolucyjny.

Porównanie kości kończyn dwóch poruszających się skacząc gatunków ssaków - kangura rdzawoszyjego i antylopy indyjskiej.

Podsumowując, mimo niezbyt korzystnego rozkładu sił w ruchu dwunożnymi, okazuje się on być niezwykle korzystną cechą, na co wskazuje fakt, iż większość znanych bipodów osiągnęła wręcz niespotykany sukces ewolucyjny i radiację. Bipedalizm umożliwia wykorzystanie przedniej pary kończyn do innych celów niż lokomocja, co może skutkować powstaniem w toku ewolucji skrzydeł, chwytnych dłoni czy jak u większości dużych nielotów jak struś czy kazuar niemal zanikiem przednich kończyn.

Wykres porównujący zużycie energii przez szympansa i człowieka podczas biegu i chodu.

U ludzi, jak się okazuje, dwunożność skutkuje aż o 75% niższym wydatkiem energetycznym na lokomocję niż u szympansów, co jest spowodowane również o wiele bardziej ażurową i aerodynamiczną budową ciała w porównaniu do stosunkowo krępych hominidów o sylwetce odwróconego dzwonu. Ludzie oszczędzają energię jednak wyłącznie podczas chodu, w trakcie biegu zużycie energii wzrasta ponownie o 300%, co może być związane z przystosowaniem się człowieka przez miliony lat ewolucji do długich, pieszych wędrówek.


Źródła:

Tracy L. Kivell “Fossil ape hints at how walking on two feet evolved”, Nature (6.11.2019)

Böhme, M., Spassov, N., Fuss, J. et al. “A new Miocene ape and locomotion in the ancestor of great apes and humans.” Nature (2019) doi:10.1038/s41586-019-1731-0

Jackson, S.; Vernes, K. (2010). “Kangaroo: Portrait of an Extraordinary Marsupial.” Allen and Unwin. pp. 139–140. ISBN 9781741759037.CS1 maint: multiple names: authors list (link)

Rodman, Peter S.; McHenry, Henry M. (1980). "Bioenergetics and the origin of hominid bipedalism". American Journal of Physical Anthropology. 52: 103–06. doi:10.1002/ajpa.1330520113.

Michael D. Sockol, David A. Raichlen, and Herman Pontzer (2007). “Chimpanzee locomotor energetics and the origin of human bipedalism.” PNAS July 24, 2007 104 (30) 12265-12269; https://doi.org/10.1073/pnas.0703267104


Subskrybuj nas: Google News | Feedly



Chcesz wiedzieć więcej? Polub i obserwuj nas na Facebooku. Jesteśmy także na Twitterze. Zapraszamy na naszą grupę dyskusyjną.

WSPIERAJ NIEZALEŻNE DZIENNIKARSTWO