انسان ها ممکن است یک قوس فنر مانند را ایجاد کرده باشند تا حرکت دوپا را به صورت عمودی امکان پذیر کند

یک مطالعه جدید نشان داده است که انسان ممکن است قوس فنری مانندی را ایجاد کرده باشد که به ما کمک می کند روی دو پا راه برویم. محققانی که تکامل راه رفتن دوپا را مطالعه می‌کنند، مدت‌ها تصور می‌کردند که قوس بلند پا با عمل به عنوان اهرمی که بدن را به جلو می‌برد، به راه رفتن کمک می‌کند. اما یک تیم جهانی از دانشمندان اکنون دریافته‌اند که پس‌زدگی قوس انعطاف‌پذیر، مچ پا را به حالت عمودی برای راه رفتن مؤثرتر تغییر می‌دهد. تأثیرات در دویدن بیشتر است، که نشان می‌دهد توانایی دویدن مؤثر می‌تواند فشاری انتخابی برای یک قوس انعطاف‌پذیر باشد که راه رفتن را نیز کارآمدتر می‌کند. این کشف حتی می تواند به پزشکان کمک کند تا درمان مشکلات پای بیماران امروزی را بهبود بخشند.

دکتر لورن ولته، نویسنده اول این مطالعه گفت: «ما در ابتدا فکر می کردیم که قوس فنر مانند به بالا بردن بدن به مرحله بعدی کمک می کند. مرزها در مهندسی زیستی و بیوتکنولوژی، که این تحقیق را در دانشگاه کوئینز انجام داد و اکنون به دانشگاه ویسکانسین-مدیسون وابسته است. به نظر می رسد که در عوض، قوس فنر مانند عقب می نشیند تا به مچ پا کمک کند تا بدن را بلند کند.

گام به گام

تکامل پاهای ما، از جمله قوس میانی برجسته که ما را از میمون‌های بزرگ متمایز می‌کند، برای راه رفتن دوپا بسیار مهم است. تصور می‌شود که قوس به انسان‌ها اهرم بیشتری در هنگام راه رفتن عمودی می‌دهد: مکانیسم آن نامشخص است، اما وقتی حرکت قوس محدود می‌شود، دویدن انرژی بیشتری می‌طلبد. پس زدن قوس به طور بالقوه می تواند ما را با به جلو راندن توده مرکزی بدن، یا با جبران کارهای مکانیکی که در غیر این صورت ماهیچه ها باید انجام دهند، دوندگان کارآمدتر کند.

برای بررسی این فرضیه‌ها، تیم هفت شرکت‌کننده با تحرک قوس‌های مختلف را انتخاب کرد که در حالی که پاهایشان توسط دوربین‌های عکس‌برداری با اشعه ایکس با سرعت بالا فیلم‌برداری می‌شد، راه می‌رفتند و می‌دویدند. ارتفاع قوس هر یک از شرکت کنندگان اندازه گیری شد و پای راست آنها سی تی اسکن شد. دانشمندان مدل‌های سفت و سختی ایجاد کردند و آن‌ها را با حرکت اندازه‌گیری شده استخوان‌های پا مقایسه کردند تا تأثیر تحرک قوس بر روی مفاصل مجاور را آزمایش کنند. آنها همچنین اندازه گیری کردند که کدام مفاصل بیشترین کمک را در پس زدگی قوس و سهم پس زدن قوس در مرکز جرم و رانش مچ پا دارند.

گرایش به دوپا

اگرچه دانشمندان انتظار داشتند که پس‌کشی قوس به اهرم سفت و محکم قوس کمک کند تا بدن را بالا ببرد، اما متوجه شدند که یک قوس سفت بدون عقب‌نشینی باعث می‌شود پا زودتر از زمین خارج شود و احتمالاً کارایی عضلات ساق پا را کاهش می‌دهد، یا استخوان های مچ پا را خیلی به جلو خم کرد. خم شدن به جلو به جای حالت ایستاده مشخصه راه رفتن انسان، منعکس کننده وضعیت شامپانزه های در حال راه رفتن است. قوس انعطاف پذیر به تغییر موقعیت مچ پا در حالت قائم کمک می کند، که به پا اجازه می دهد تا به طور موثرتری از زمین خارج شود. این تأثیر هنگام دویدن حتی بیشتر است، و نشان می دهد که دویدن کارآمد ممکن است یک فشار تکاملی به نفع قوس انعطاف پذیر بوده باشد.

دانشمندان همچنین دریافتند که مفصل بین دو استخوان در قوس میانی، خط ناوی و خط میخی میانی، برای انعطاف پذیری قوس بسیار مهم است. تغییرات در این مفصل می تواند به ما کمک کند توسعه دوپا را در پرونده فسیلی هومینین دنبال کنیم.

به نظر می رسد تحرک پاهای ما به ما این امکان را می دهد که به جای خم شدن به جلو یا فشار دادن خیلی زود به سمت پله بعدی، راست راه برویم و بدویم.

دکتر مایکل رینبو از دانشگاه کوئینز، نویسنده ارشد

پتانسیل درمانی

این یافته‌ها همچنین راه‌های درمانی را برای افرادی که قوس‌هایشان به دلیل آسیب یا بیماری سفت است پیشنهاد می‌کند: حمایت از انعطاف‌پذیری قوس می‌تواند تحرک کلی را بهبود بخشد.

Welte می گوید: «کار ما نشان می دهد که اجازه دادن به قوس برای حرکت در حین رانش، حرکت را کارآمدتر می کند. “اگر حرکت قوس را محدود کنیم، احتمالاً تغییرات مربوطه در نحوه عملکرد سایر مفاصل وجود دارد.”

Rainbow می گوید: «در این مرحله، فرضیه ما نیاز به آزمایش بیشتری دارد، زیرا باید تأیید کنیم که تفاوت در تحرک پا در بین جمعیت منجر به انواع تغییراتی می شود که در نمونه محدود خود مشاهده می کنیم. گفته می‌شود، کار ما زمینه را برای یک مسیر جدید و هیجان‌انگیز از تحقیقات فراهم می‌کند.»