Ходенето и бягането подлага краката ни на сили, надвишаващи телесното тегло. Счита се, че надлъжният свод на краката е причината краката да не се деформират при такова натоварване. Изследователи от Университета в Уорик, Института за наука и технологии Окинава в Япония и Йейлския университет са показали, че напречната дъга може да е по-важна за тази скованост.

може

Предишните теории за сковаността на стъпалата гледат надлъжната дъга, но в статията „Скованост на човешкото стъпало и еволюцията на напречната дъга“, публикувана днес, 26 февруари в списание Nature, изследователи от Университета в Уорик работят в сътрудничество с университета в Йейл и университета за висше образование OIST предлагат напречната дъга да играе също толкова важна роля.

Сътрудничеството установи, че напречната дъга е по-голям източник на скованост на краката от това, което е установено поради надлъжната дъга в предишна работа. Те също така откриха, че напречната дъга еволюира, за да стане почти човекоподобна преди повече от 3,5 милиона години.

Това сътрудничество между д-р Шреяс Мандре от катедрата по математика в Университета в Уорик, професор Махеш Банди от Отдела за нелинейна и неравновесна физика в Института за наука и технологии в Окинава (OIST) и професор Мадхусудхан Венкадесан, от Йейлския университет е финансиран от награда „Млад изследовател“ от Научната програма на Human Frontiers.

Авторите казват, че това изследване мотивира по-нататъшната работа за ролята на напречните арки в дисциплините на подиатрията и еволюционната антропология. Тези прозрения също могат да вдъхновят нови проекти за протези и роботизирани крака.

Ролята на напречната дъга може да се разбере с по-прости думи, като се погледне тънък лист хартия. Когато късият ръб се държи плосък, листът е флопи и пада под малко тегло. Но навийте ръба малко и дори 100 пъти повече тегло не е прекомерно.

Плоските тънки предмети като хартиени листове се огъват лесно, но са много трудни за разтягане. Напречната кривина на листа включва неговото напречно разтягане, когато се опитва да го огъне. Това свързване на огъване и разтягане поради кривина е принципът, лежащ в основата на усилващата роля на напречната дъга. "

Д-р Шреяс Мандре, Департамент по математика, Университет в Уорик

Свързани истории

Но тъй като стъпалото изпълнява множество механични функции, структурата му е по-сложна от хартиения лист. Следователно, „изравняването“ на стъпалото, за да се провери хипотезата за предизвикано от кривината втвърдяване, може да има неидентифицирани объркващи променливи. За да преодолеят тази трудност, изследователите нарушават гениално основния принцип, като същевременно поддържат напречната арка непокътната.

"Разбирането на основния принцип ни позволи да изградим механични имитатори на стъпалото, включващи пружини, имитиращи еластичната тъкан на стъпалото. Нарушаването на напречно ориентираните пружини в тези имитатори имаше същия ефект като изравняването им", обяснява Али Явар, съдружник автор на изследването.

„Нарушихме основния принцип на втвърдяване, предизвикано от кривина в човешки трупни крака, чрез трансекция на напречната тъкан, което намали сковаността в средата на стъпалото почти наполовина“, каза Каролин Енг, друг съавтор на статията. За сравнение, експериментите през 80-те години за разрушаване на механизма за сковаване поради надлъжната дъга показват само намаляване на сковаността с около 25%.

Това изследване също така инжектира нова интерпретация на изкопаемите сведения за човешките предци, особено във връзка с появата на бипедализъм. Изследователите формулират мярка за напречната дъга, за да отчетат вариациите в дължината и дебелината на стъпалата. Те използваха мярката за сравняване на сродни видове като големите маймуни, човешките предци и някои отдалече свързани примати.

„Нашите доказателства сочат, че човекоподобна напречна дъга може да е еволюирала преди повече от 3,5 милиона години, цели 1,5 милиона години преди появата на рода Homo и е била ключова стъпка в еволюцията на съвременните хора“, обяснява проф. Венкадесан. Той също така предоставя хипотеза за това как Australopithecus afarensis, същия вид като изкопаемата Люси, за която се смята, че не притежава надлъжно извити крака, може да генерира отпечатъци като хора, открити в Лаетоли.