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Jun 08, 2023

人類は足取りにバネを加えて歩くように進化した

Un nuovo studio ha dimostrato che gli esseri umani potrebbero aver sviluppato un arco a molla per aiutare il corpo.

新しい研究が示した人間は二足で歩くためにバネのようなアーチを進化させてきたのかもしれない。 二足歩行の進化を研究している研究者たちは、長い間、上がった足のアーチが体を前方に推進するレバーの役割を果たし、歩行を助けていると考えてきました。 しかし、世界的な科学者チームは、柔軟なアーチの反動によって足首の位置が直立し、より効果的な歩行が可能になることを発見しました。 ランニングにおける効果はさらに大きく、効率的に走る能力が柔軟なアーチを選択的に圧迫し、歩行もより効率的にした可能性があることを示唆しています。 この発見は、医師が現在の患者の足の問題の治療法を改善するのにも役立つ可能性があります。

「私たちは当初、バネのようなアーチが体を次のステップに持ち上げるのに役立つと考えていました」と、『Frontiers in Bioengineering and Biotechnology』の研究の筆頭著者であり、クイーンズ大学在学中にこの研究を実施し、現在も研究を行っているローレン・ウェルテ博士は述べた。ウィスコンシン大学マディソン校と提携。 「代わりに、バネのようなアーチが反動して、足首が体を持ち上げるのを助けることが判明しました。」

私たちを類人猿と区別する隆起した内側アーチを含む私たちの足の進化は、二足歩行にとって非常に重要です。 アーチはヒト科の直立歩行時により大きな力を与えると考えられています。そのメカニズムは不明ですが、アーチの動きが制限されると、走行により多くのエネルギーが必要になります。 アーチ反動は、体の中心質量を前方に推進したり、筋肉が行わなければならない機械的仕事を補ったりすることにより、ランナーをより効率的にする可能性があります。

これらの仮説を調査するために、研究チームは土踏まずの可動性が異なる 7 人の参加者を選択し、高速 X 線モーション キャプチャ カメラで足を撮影しながら歩いたり走ったりしました。 各参加者の土踏まずの高さが測定され、右足のCTスキャンが行われました。 科学者たちは剛性モデルを作成し、足の骨の測定された動きと比較して、隣接する関節に対するアーチの可動性の影響をテストしました。 彼らはまた、どの関節がアーチの反動に最も寄与しているか、また、重心と足首の推進力に対するアーチの反動の寄与も測定しました。

科学者らは、アーチの反動が土踏まずの硬いレバーによって体を持ち上げるのに役立つと期待していましたが、反動のない硬いアーチでは足が早く地面から離れてしまい、ふくらはぎの筋肉の効率が低下する可能性が高いか、または足首の骨が前に傾きすぎています。 前傾は、人間の歩き方に特徴的な直立姿勢ではなく、チンパンジーの歩行姿勢を反映しています。 柔軟なアーチは足首を直立に再配置するのに役立ち、脚がより効果的に地面を押し出すことができます。 この効果はランニング時にさらに大きくなり、効率的なランニングが柔軟なアーチを支持する進化の圧力であった可能性を示唆しています。

研究者らはまた、内側アーチの2つの骨、舟状骨と内側楔状骨の間の関節がアーチの柔軟性にとって重要であることも発見した。 この関節の変化は、人類の化石記録における二足歩行の発達を追跡するのに役立つ可能性があります。

「私たちの足の可動性のおかげで、前にしゃがんだり、すぐに次の一歩に踏み出すのではなく、直立して歩いたり走ったりすることができるようです」とクイーンズ大学のマイケル・レインボー博士（主任著者）は述べた。

これらの発見は、怪我や病気によりアーチが硬くなっている人々に対する治療法も示唆しています。アーチの柔軟性をサポートすることで、全体的な可動性が向上する可能性があります。

「私たちの研究は、推進中にアーチが動くことを可能にすることで動きがより効率的になることを示唆しています」とウェルテ氏は述べた。 「アーチの動きを制限すると、他の関節の機能にも同様の変化が生じる可能性があります。」

「現段階では、私たちの仮説にはさらなる検証が必要です。人口全体の足の可動性の違いが、限られたサンプルで見られるような変化につながることを検証する必要があるからです」とレインボー氏は述べた。 「そうは言っても、私たちの研究は刺激的な新しい捜査手段への舞台を設定します。」

- このプレスリリースは元々フロンティアズのウェブサイトに掲載されたものです