Studiul evidențiază avantajele evolutive ale mersului uman pe călcâie
Oamenii obișnuiți fac mii de pași zilnic, mergând instinctiv cu călcâiul înainte. Deși aceste mișcări sunt aproape imperceptibile, pașii realizați cu călcâiul sunt mai unici pentru oameni decât se credea anterior și au permis strămoșilor noștri să parcurgă distanțe mai mari, mai eficient, dar cu costul unor forțe mai mari asupra oaselor și articulațiilor, conform unui nou studiu realizat de un cercetător de la Penn State.
Conform echipei de cercetare, rezultatele, publicate pe 8 septembrie în Proceedings of the National Academy of Sciences, aduc clarificări asupra unei adaptări evolutive care a făcut mersul uman mai eficient, ajutând astfel strămoșii noștri să adopte practici de vânătoare și cules și să se răspândească pe întreg globul.
Studiile anterioare bazate pe date descriptive au sugerat că oamenii împărtășesc stilul de mers cu călcâiul cu alte mari primate, precum cimpanzeii. Autorii noului studiu au utilizat echipamente video de mare viteză și rezoluție, împreună cu o pistă plată căptușită cu plăci metalice care măsoară forțele de impact, pentru a analiza modul în care cimpanzeii și oamenii merg.
Echipa a descoperit că cimpanzeii își variabilizează stilul de mers, aterizând, de cele mai multe ori, pe lateralul sau pe mingea piciorului, aterizând cu călcâiul mai rar atunci când merg pe două picioare comparativ cu mersul pe patru. În schimb, oamenii aterizează întotdeauna cu călcâiul. Această tehnică de mers economisește oamenilor moderni între 26% și 41% din energia metabolică necesară pentru a merge pe mingea piciorului, dar generează forțe de impact mai mari, care au necesitat adaptări ulterioare pentru a permite strămoșilor noștri să parcurgă distanțe mai mari într-un mod sigur și constant.
„Atunci când oamenii se gândesc la ceea ce face mersul uman unic, discută despre mersul vertical – spatele nostru este drept și picioarele extinse. Ceea ce spunem noi în acest articol este că aterizarea pe călcâi este un aspect unic al mersului uman care poate a fost subestimat”, a declarat unul dintre autori.
Se pare că cei mai vechi strămoși umani mergeau așa cum o fac cimpanzeii, cu aterizări mai puțin constante și mai variabile, uneori pe mingea piciorului sau cu piciorul plat, alteori cu călcâiul, a explicat autorul. Acest stil de mers a fost considerat mai puțin eficient decât cel al oamenilor moderni și probabil că le limita distanțele pe care le puteau parcurge. Aterizarea cu călcâiul, a continuat el, este mult mai eficientă, permițând oamenilor să se rostogolească de la spatele piciorului spre față pentru un mers mai lin. Totuși, aceasta vine cu un cost, generând forțe de impact mai mari, care determină o sarcină mai rapidă asupra piciorului.
„Imaginează-ți că încerci să te strecori peste o podea din lemn care scârțâie”, a spus un alt autor. „Tinde să mergi pe mingea piciorului, deoarece acest lucru reduce rata de încărcare pe podea și produce mai puțin scârțâit. Este o modalitate mai moale de a merge.”
Aceste forțe mai mari de impact ar putea fi potențial dăunătoare corpului și, în cele din urmă, ar fi necesitat adaptări ulterioare pentru a permite strămoșilor umani să meargă într-un mod sigur și constant, conform cercetătorilor. „Se pare că oamenii au avut nevoie de adaptări anatomice – oasele de călcâi mai groase și articulații mai mari la genunchi și glezne – pentru a face față acestor forțe mari”, a afirmat autorul. „Credem că aterizarea cu călcâiul a jucat un rol în facilitarea unor comportamente umane cheie, cum ar fi utilizarea strategiilor de vânătoare și cules care necesită parcurgerea unor distanțe foarte lungi în fiecare zi pentru a obține hrană, dar cu un beneficiu semnificativ în resurse alimentare.”
Cercetătorii au folosit camere de mare viteză și rezoluție ridicată, precum și o pistă de aproximativ 11 metri, căptușită cu plăci metalice la Universitatea Stony Brook, pentru a examina modul în care trei cimpanzei masculi au mers pe patru și pe două picioare. De asemenea, au completat colectarea de date analizând datele de mers de la încă trei cimpanzei, obținute de o altă echipă de cercetare într-un studiu separat, și au revizuit date suplimentare din două alte studii care au inclus un total de 15 cimpanzei. Echipa a recrutat și 12 participanți umani pentru experimente similare în laborator la Universitatea din Buffalo. Nouă participanți au purtat markeri reflectorizanți și au mers desculți pe o pistă de aproximativ 7,6 metri, căptușită cu plăci de forță și camere de mare viteză și rezoluție. Aceștia au parcurs pista de mai multe ori, folosind mersul lor natural, precum și un mers alterat care imita stilul preferat al cimpanzeilor, aterizând pe mingea piciorului, aproape de degetul mic, înainte de a aduce călcâiul în jos. Cercetătorii au numit acest stil de mers „aterizări cu mijlocul piciorului”. Participanții umani au mers și pe o bandă de alergare purtând un sistem portabil de respirometrie care măsura consumul de oxigen și producția de dioxid de carbon. Aceste măsurători au fost folosite pentru a calcula cât de multă energie au cheltuit participanții folosind diferitele stiluri de mers.
Echipa a constatat că cimpanzeii și-au variabilizat stilul de mers, folosind o combinație de aterizări cu călcâiul și cu mijlocul piciorului. Totuși, au folosit mai puține aterizări cu călcâiul atunci când mergeau pe două picioare comparativ cu mersul pe patru.
„Se pare că atunci când merg pe două picioare, cimpanzeii preferă o aterizare mai „moale” pe picioare”, a spus autorul. Toți pașii normali ai oamenilor, în schimb, au fost aterizări cu călcâiul, unghiul contactului piciorului cu solul fiind foarte constant atât în cadrul indivizilor, cât și între aceștia. Cimpanzeii, pe de altă parte, au folosit un interval de unghiuri de aterizare de 2,4 până la 8,6 ori mai mare decât participanții umani, conform raportului cercetătorilor.
De asemenea, echipa a descoperit că aterizarea cu călcâiul genera forțe de impact mult mai mari decât aterizările cu mijlocul piciorului, atât pentru cimpanzei, cât și pentru oameni. La cimpanzeii care mergeau pe două picioare, rata de încărcare a forței de impact a fost cu până la 138% mai mare pentru aterizările cu călcâiul decât pentru cele cu mijlocul piciorului. La oameni, aceste forțe au variat cu până la 162% mai mult decât în cazul aterizărilor cu mijlocul piciorului. Totuși, mersul cu călcâiul a economisit participanților umani între 26% și 41% din energia metabolică comparativ cu aterizările cu mijlocul piciorului.
„Noi, oamenii, am evoluat pentru a folosi acest stil de mers cu impact ridicat într-un mod care este sigur și natural pentru noi”, a afirmat autorul. „Mediile noi în
