Первые шаги: Как прямохождение сделало нас людьми

Ежегодно почти 200 000 американцев повреждают переднюю крестообразную связку{415}. Эта травма чаще встречается у женщин{416}. Особенно распространена она у спортсменов в таких видах, как баскетбол, футбол, хоккей на траве и американский футбол, требующих много движений из стороны в сторону. Можно предположить, что высокая частота этих травм, скорее всего, обусловлена передвижением на двух конечностях, хотя ее встречаемость у диких животных пока не установлена.

Еще более уязвимыми делают наши коленные связки адаптивные изменения таза и коленей, связанные с прямохождением. По сравнению с человекообразными обезьянами у людей широкие бедра и сведенные вместе колени, что позволяет нам эффективно ходить. Однако такая конструкция приводит к тому, что в коленном суставе бедренная кость у человека соединяется большеберцовой под углом. Силы, распространяющиеся вдоль соединяющихся под углом объектов, оказывают на них сгибающее и сдвигающее воздействие. В результате наши коленные связки несут гораздо бóльшую нагрузку. Эволюция всегда идет путем компромиссов, и наше колено – болезненный пример издержек прямохождения.

В 1976 г., когда 21-летний Ван Филлипс был студентом Университета штата Аризона, он попал в серьезную аварию, катаясь на водных лыжах, вследствие которой его левая нога была ампутирована ниже колена. Ему выдали стандартный ножной протез и отправили домой.

«Я ненавидел его, – рассказал он в интервью журналу OneLife

в 2010 г. – Мы отправили человека на Луну, а тут я с этим куском дерьма. В глубине души я знал, что мы способны на гораздо большее»{417}.

Он ушел из университета, стал студеном Центра протезирования и ортопедии Северо-Западного университета и приступил к разработке более эффективной конструкции протеза, взяв за образец гепардов и прыгунов с шестом. Спустя долгие годы, в 2012 г., мир в изумлении наблюдал, как южноафриканский спринтер Оскар Писториус, используя модель протеза, основанную на конструкции Филлипса, бежит дистанцию 400 м на Олимпиаде в Лондоне.

В общей сложности наши две стопы состоят из 52 отдельных костей – это четверть всех костей человеческого тела. Кости соединяются друг с другом связками и надежно удерживаются на месте многочисленными мышцами, проходящими через стопу. В отличие от этого протез-лопасть Филлипса состоит из единственного подвижного элемента, сделанного из упругого вещества, достаточно жесткого, чтобы двигать тело вперед, но и достаточно эластичного, чтобы сгибаться и восстанавливать форму.

В отличие от сконструированного в лаборатории протеза человеческая стопа является результатом долгой, сложной и нелинейной эволюционной истории. Однако, чтобы увидеть похожую на лопасть стопу в биологическом мире, не нужно заглядывать далеко в прошлое. Стопы крупных сухопутных птиц, таких как страусы и эму, напоминают протезы Вана Филлипса. Кости их лодыжки и стопы слиты в одну жесткую кость, так называемую цевку. У них также имеются длинные толстые сухожилия, запасающие упругую энергию во время хождения на двух ногах и служащие пружиной, обеспечивающей толчок при шаге. Такое строение позволяет страусам бегать со скоростью почти 70 км/ч, в два раза быстрее человека-спринтера.

Ни одно ныне живущее млекопитающее не составило нам компанию в эксперименте с прямохождением{418}

, но, если бы не астероид, вызвавший вымирание динозавров 66 млн лет назад (имеются свидетельства того, что этому способствовали также и мощные извержения вулканов), ученые имели бы возможность более точно исследовать конвергентную эволюцию бипедализма. Многие динозавры, включая тираннозавра, были двуногими, и бипедальная локомоция сегодняшних страусов и эму восходит к некоторым древнейшим динозаврам, жившим около 240 млн лет назад. Эта эволюционная линия была двуногой примерно в 50 раз дольше, чем наша с вами.

В отличие от нас – новичков среди ходящих на двух ногах – нелетающие птицы идеально приспособили свой скелет к этой форме локомоции.

Самые первые млекопитающие, жившие в тени двуногих динозавров, были четвероногими. Многие обитали в норах или лесных кронах. Одной из ранних модификаций скелета в эволюции млекопитающих стало формирование подтаранного сустава{419}. Этот сустав, расположенный между костью лодыжки (таранной) и пяточной костью, позволяет вам поворачивать стопу внутрь и наружу. Такое движение обеспечивает стопе млекопитающего бóльшую подвижность в поперечном направлении. Таранная и пяточная кости у птиц срастаются в одну, а у рептильных предков млекопитающих и у современных рептилий расположены рядом друг с другом. Однако у древнейших млекопитающих таранная кость передвинулась в положение над пяточной, создав новый сустав.