Факультативное прямохождение
Факультативное двуногое животное — животное, способное ходить или бегать на двух ногах ( двуногое ), как реакция на исключительные обстоятельства ( факультативное ), в то время как в норме ходит или бегает на четырех и более конечностях . [1] Напротив, облигатное прямохождение – это когда ходьба или бег на двух ногах является основным методом передвижения. Факультативное прямохождение наблюдалось у нескольких семейств ящериц и нескольких видов приматов , включая сифаков , обезьян-капуцинов , бабуинов , гиббонов , горилл, бонобо и шимпанзе. Некоторые динозавры и другие доисторические виды архозавров являются факультативными двуногими, особенно орнитоподы и маргиноцефалы , с некоторыми зарегистрированными примерами среди зауроподоморфов . Различные факультативно прямоходящие виды используют разные типы прямохождения, соответствующие различным причинам, по которым они занимаются факультативно прямохождением. У приматов прямохождение часто связано со сбором и транспортировкой пищи. [2] У ящериц ведутся споры о том, является ли двуногое передвижение преимуществом для сохранения скорости и энергии или оно определяется исключительно механикой ускорения и центром масс ящерицы. [3] Факультативное прямохождение часто делят на быстроходное (ящерицы) [4] и тихоходные (гиббоны), [5] но некоторые виды нелегко отнести к одному из этих двух. Факультативное прямохождение наблюдалось и у тараканов. [6] и некоторые пустынные грызуны. [7]
Типы двуногого передвижения.
[ редактировать ]В категории двуногого передвижения выделяют четыре основных метода: ходьба , бег , прыжки и галоп . [8] Ходьба – это когда шаги имеют равномерную походку и одна нога всегда находится на земле. [8] Бег происходит, когда обе ноги отрываются от земли одновременно в так называемой воздушной фазе. [8] Прыжок включает в себя фазу полета, но две ноги касаются земли сразу друг за другом, а отстающая нога меняется после каждого шага. [8] Галоп похож на прыжки, но задняя нога не меняется после каждого шага. [8] Это не исчерпывающий список форм прямохождения, но большинство двуногих видов используют один или несколько из этих методов. [8]
Факультативно двуногие виды
[ редактировать ]Факультативное прямохождение встречается у некоторых видов муравьедов, тараканов , тушканчиков , кенгуровых крыс , приматов и ящериц. [4] [6] Он возник независимо у ящериц и млекопитающих. [1] [4]
Приматы
[ редактировать ]Прямохождение обычно встречается у всех приматов . Среди обезьян , [2] [8] он встречается у бонобо , шимпанзе , [9] [10] [11] орангутанги , гориллы и гиббоны . [12] [13] [11] [14] Люди — облигатные двуногие, а не факультативные двуногие. [8] Среди обезьян встречается у капуцинов. [15] [16] и бабуины . [2] [17] Среди стрепсирринов встречается у сифаков. [8] [16] и кошачьих лемуров . [18]
Лемуры
[ редактировать ]Сифака обитающего ( Пропитек ), разновидность лемура, на острове Мадагаскар , является одним из основных примеров факультативного прямохождения. Двигаясь по деревьям, они передвигаются, используя стратегию вертикального цепления и прыжков . По земле они могут ходить на двух задних лапах, чтобы экономить энергию. [8] Сифаки могут передвигаться на двух ногах двумя разными способами: ходьба с равномерным шагом и без воздушной фазы; или галопом, меняя ведомую и ведущую ногу каждые 5-7 шагов. Пропитек и люди — единственные виды, которые, как известно, используют тип передвижения прыжками или галопом. [8]
Кошачьи лемуры ( Lemur catta ) могут вести древесный или наземный образ жизни . Будучи наземными, они передвигаются на четвероногих 70% времени, на двуногих 18% времени и прыгают в оставшихся 12% времени. Это более двуногое передвижение, чем у любого другого вида этого рода. [18] Будучи двуногими, они могут передвигаться, прыгая или идя. [18]
Обезьяны
[ редактировать ]
Обезьяны-капуцины — древесные четвероногие животные, но могут передвигаться по земле на двух ногах. [15] Они используют весеннюю походку, в которой отсутствует воздушная фаза. [15] В то время как люди используют маятниковую походку, которая позволяет обмениваться кинетической и потенциальной энергией, капуцины этого не делают. [15] Это означает, что энергетические затраты на прямохождение у капуцинов очень высоки. Считается, что снижение энергетических затрат на маятниковую походку (например, у людей) привело к развитию облигатного прямохождения . [15]
Оливковые павианы описываются как четвероногие приматы, но прямохождение наблюдается время от времени и спонтанно в неволе и в дикой природе. Двуногая ходьба используется редко, но чаще всего происходит, когда ребенок теряет контроль над матерью, когда она ходит на четвероногих, пытаясь удержать равновесие. [19] Неполовозрелые павианы кажутся более двуногими, чем взрослые особи. Эти двуногие позы и передвижение у младенцев, хотя и нечастые, по-видимому, явно отличают их от взрослых павианов с точки зрения уровня зрелости. В дикой природе двигательное поведение этих бабуинов варьируется в зависимости от их потребности находить пищу и избегать хищников. [17]
Павианы Гелады используют так называемую «шаркающую походку», когда они приседают на двух ногах и передвигают ноги шаркающими движениями. Они склонны использовать двуногое передвижение при путешествии на короткие расстояния. [20]
Обезьяны
[ редактировать ]
Обезьяны в закрытых лесных средах обитания (среда обитания, окруженная деревьями) считаются более двуногими, чем шимпанзе и бабуины , как когда они стоят неподвижно, так и передвигаются на двух ногах. [2] Пропорции стопы гориллы лучше приспособлены к прямохождению, чем у других видов приматов. В определенных обстоятельствах, например, в условиях грунта, стопы некоторых обезьян работают лучше, чем человеческие стопы, с точки зрения стояния на двух ногах, поскольку они имеют большее RPL (отношение силового рычага к несущему рычагу) и уменьшают мышечную силу, когда стопа соприкасается с опорой. земля. [21]
Гиббоны (из рода Hylobates ) — низкоскоростные облигатные двуногие, когда находятся на земле, но в других ситуациях передвигаются на четвероногих. [16] Поскольку они обычно передвигаются по деревьям, их анатомия стала специализированной для вертикального цепления и прыжков, при которых используются разгибания тазобедренных и коленных суставов, аналогичные тем, которые используются при движении на двух ногах. [12] [13] [14] Они также используют три мышцы спины ( многораздельную мышцу , длинную мышцу грудной клетки и подвздошно-реберную мышцу поясницы ), которые играют ключевую роль в двуногом движении как у шимпанзе, так и у людей. Эта анатомия требует, чтобы они двигались по земле на двух ногах. [11]
Шимпанзе чаще всего демонстрируют прямохождение при переноске ценных ресурсов (таких как сбор/транспортировка еды), поскольку шимпанзе могут нести в два раза больше, когда ходят на двух ногах, чем на четвероногих. [19] Прямохождение практикуется как на земле, так и на высоте при кормлении с фруктовых деревьев. Собирая пищу на более низких деревьях, стоя на двух ногах, шимпанзе могут подняться выше, чтобы им было легче добывать пищу. [2]
У орангутанов прямохождение чаще считают продолжением « ортоградного карабканья», а не самостоятельной формой передвижения. Ортоградное карабкание – это когда большая часть массы тела удерживается передними конечностями. Однако есть несколько случаев, когда задние конечности несут большую часть веса тела, используя только передние конечности для поддержки. Эта двуногая поза и движения чаще всего наблюдаются во время кормления. [22]
Австралопитеки
[ редактировать ]Хотя австралопитеки уже не дожили до наших дней, они демонстрировали факультативное прямохождение. Морфология таза и нижней части тела свидетельствует о прямохождении: поясничные позвонки изогнуты внутрь, таз имеет человеческую форму, стопы имеют хорошо развитые поперечные и продольные своды , указывающие на ходьбу. Однако другие признаки указывают на снижение двигательной активности или увеличение стресса, вызванного ходьбой на двух ногах. Таз широкий, поэтому во время ходьбы требуется затрачивать больше энергии. У австралопитеков также короткие задние конечности для их веса и роста, что также свидетельствует о более высоких затратах энергии при ходьбе на двух ногах. Это указывает на то, что этот вид практиковал двуногое передвижение, но делал это реже, чем считалось ранее. В те времена, когда они практиковали прямохождение, выгоды перевешивали потенциальные затраты, которые им пришлось бы понести. [2]
Ящерицы
[ редактировать ]Было замечено, что многие семейства ящериц, включая Agamidae , Teiidae , Crotaphytidae , Iguanidae и Phrynosomatidae , занимаются факультативным прямохождением. У ящериц быстрое ускорение задних ног вызывает силу трения о землю, которая создает силу реакции земли на задних ногах. [4] Когда задние конечности достигают необходимого порога силы, угол туловища ящерицы раскрывается и смещает ее центр массы; это, в свою очередь, увеличивает подъем передних конечностей, позволяя передвигаться на двух ногах на короткие расстояния. [23] [24] При моделировании точное количество шагов и скорость ускорения приводят к точному смещению центра масс, что позволяет поднять передние конечности: слишком быстро, и центр массы перемещается слишком далеко назад, и ящерица тоже падает назад. медленный, и передние конечности никогда не поднимаются. Однако эта модель не учитывает тот факт, что ящерицы могут корректировать свои движения, используя передние конечности и хвост, чтобы увеличить диапазон ускорений, при которых возможно передвижение на двух ногах. [23]

Ведутся споры о том, дает ли прямохождение ящерицам какие-либо преимущества. Преимущества могут включать в себя более высокие скорости для уклонения от хищников или меньшее потребление энергии и могут объяснить, почему такое поведение развилось. Однако исследования показали, что передвижение на двух ногах не увеличивает скорость, но может увеличить ускорение. [3] [23] Возможно также, что факультативное прямохождение — это физическое свойство движения ящерицы, а не развитое поведение. В этом сценарии было бы энергетически более выгодно позволить передним конечностям подниматься вместе с вращением, вызванным ускорением ящерицы, а не удерживать передние конечности на земле. [23] Недавние исследования показали, что фактическое ускорение, с которым ящерицы начинают бегать на двух ногах, ниже, чем предсказывалось предыдущей моделью, что позволяет предположить, что ящерицы активно пытаются передвигаться на двух ногах, а не пассивно позволяют такому поведению произойти. Если это правда, возможно, у двуногости есть какое-то преимущество, которое еще не выявлено. [3] С другой стороны, хотя причиной такого поведения могли быть исключительно физические движения и ускорения, перемещение на двух ногах могло дать преимущество, например, более легкое маневрирование, которое затем было использовано. [24]
Эволюция прямохождения
[ редактировать ]
Происхождение рептилий
[ редактировать ]Прямохождение было распространено у всех основных групп динозавров . [1] Филогенетические исследования показывают, что прямохождение у динозавров возникло от одного общего предка , тогда как четвероногость возникла в нескольких линиях, что совпало с увеличением размеров тела. [1] Чтобы понять, как у динозавров возникло прямохождение, ученые изучили дошедших до нас факультативно двуногих ящериц, особенно из отряда чешуйчатых . [1] Предлагаемое объяснение эволюции прямохождения у динозавров заключается в том, что оно возникло у более мелких хищников , которые конкурировали с более крупными хищниками. Потребность в скорости и ловкости вызвала адаптацию более крупных мышц задних конечностей, что, в свою очередь, привело к переходу к факультативному прямохождению, при котором более слабые передние ноги не замедляли их. Факультативно двуногие динозавры столкнулись с экологическим давлением в течение более длительных периодов высокой скорости и ловкости и, следовательно, более длительных периодов прямохождения, пока в конечном итоге они не стали постоянно двуногими. Это объяснение подразумевает, что факультативное прямохождение приводит к облигатному прямохождению. [1]
У ящериц двуногий бег развился довольно рано в их эволюционной истории. Окаменелости позволяют предположить, что такое поведение началось примерно 110 миллионов лет назад. [25] Хотя преимущество факультативного прямохождения у ящериц остается неясным, возможно увеличение скорости или ускорения, а факультативное прямохождение способствует фенотипическому разнообразию, которое может привести к адаптивной радиации , поскольку виды адаптируются для заполнения различных ниш. [3] [24]
Происхождение приматов
[ редактировать ]Изучение биомеханики движения способствует пониманию морфологии как современных приматов, так и летописей окаменелостей. Двуногое передвижение, по-видимому, развилось отдельно у разных приматов, включая человека, бонобо и гиббонов. [12] Эволюционное объяснение развития такого поведения часто связывают с переноской грузов у шимпанзе, бонобо, макак, капуцинов и бабуинов. [16] Возможность перевозить больше материалов может быть либо селективным давлением, либо значительным преимуществом, особенно в нестабильных условиях, когда товары необходимо собирать после их обнаружения. В противном случае они, скорее всего, станут недоступными позже. [10] Перенос груза влияет на механику конечностей, увеличивая силу, действующую на нижние конечности, что может повлиять на эволюцию анатомии у факультативно двуногих приматов. [16]
Возможные селективные факторы факультативного прямохождения включают сбор ресурсов, таких как еда, и физические преимущества. Человекообразные обезьяны, участвующие в боях между самцами, имеют преимущество, когда стоят на задних лапах, поскольку это позволяет им использовать передние конечности для удара противника. [26] У приматов двуногое передвижение может позволить им переносить больше ресурсов за один раз, что может дать преимущество, особенно если ресурсы редки. [10] Кроме того, стояние на двух ногах может позволить им достать больше еды, как это делают шимпанзе. [2] Другие специфические преимущества, такие как способность ходить по воде или бросать камни, также могли способствовать развитию факультативного прямохождения. [27] У других приматов различные древесные адаптации также могли повлиять на эволюцию прямохождения. Более длинные передние конечности будут более полезны при движении по деревьям, расположенным дальше друг от друга. [27] делая изменения в строении и назначении передних конечностей вследствие вертикального лазания и брахиации более резкими. Эти изменения затрудняют ходьбу на четвероногих ногах и способствуют переходу к двуногому передвижению. Гиббоны и сифаки являются примерами этого: их перемещение по деревьям затрудняет ходьбу на четвероногих, что приводит к двуногой ходьбе и галопу соответственно. [5] [8] Древесные адаптации, делающие двуногие преимуществами, подтверждаются исследованиями, которые показывают, что мышцы бедра и бедра, участвующие в двуногой ходьбе, часто больше всего напоминают те, которые используются при лазании. [28]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Персоны, В. Скотт; Карри, Филип Дж. (2017). «Функциональное происхождение прямохождения динозавров: совокупные данные от рептилий, склонных к прямохождению, и млекопитающих, не склонных к прямохождению». Журнал теоретической биологии . 420 : 1–7. Бибкод : 2017JThBi.420....1P . дои : 10.1016/j.jtbi.2017.02.032 . ПМИД 28254476 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Хант, Кевин Д. (1 февраля 1996 г.). «Гипотеза постурального питания: экологическая модель эволюции прямохождения». Южноафриканский научный журнал . 92 (2): 77–90. hdl : 10520/AJA00382353_7777 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Клементе, CJ; Уизерс, ПК; Томпсон, Г.; Ллойд, Д. (2008). «Зачем идти на двух ногах? Передвижение и морфология австралийских агамидных ящериц» . Журнал экспериментальной биологии . 211 (13): 2058–2065. дои : 10.1242/jeb.018044 . ПМИД 18552294 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Шуэтт, Гордон В.; Райзерер, Рэндалл С.; Эрли, Райан Л. (2009). «Эволюция двуногого положения у вараноидных ящериц». Биологический журнал Линнеевского общества . 97 (3): 652–663. дои : 10.1111/j.1095-8312.2009.01227.x .
- ^ Перейти обратно: а б Пройшофт, Хольгер (2004). «Механизмы приобретения привычного двуногого положения: существуют ли биомеханические причины приобретения прямохождения на двух ногах?» . Журнал анатомии . 204 (5): 363–384. дои : 10.1111/j.0021-8782.2004.00303.x . ПМЦ 1571303 . ПМИД 15198701 .
- ^ Перейти обратно: а б Александр, Р. МакН. (2004). «Двуногие животные и их отличия от человека» . Журнал анатомии . 204 (5): 321–330. дои : 10.1111/j.0021-8782.2004.00289.x . ПМЦ 1571302 . ПМИД 15198697 .
- ^ Руссо, Габриэль А.; Кирк, Э. Кристофер (2013). «Положение большого отверстия у двуногих млекопитающих». Журнал эволюции человека . 65 (5): 656–670. CiteSeerX 10.1.1.591.2458 . дои : 10.1016/j.jhevol.2013.07.007 . ПМИД 24055116 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л Вундерлих, Р.Э.; Шаум, Дж. К. (2007). «Кинематика прямохождения у Propithecus verreauxi». Журнал зоологии . 272 (2): 165–175. дои : 10.1111/j.1469-7998.2006.00253.x .
- ^ О'Нил, Мэтью С.; Ли, Ленг-Фэн; Демес, Бриджит; Томпсон, Натан Э.; Ларсон, Сьюзен Г.; Стерн, Джек Т.; Умбергер, Брайан Р. (2015). «Трёхмерная кинематика таза и задних конечностей шимпанзе (Pan troglodytes) и двуногой ходьбы человека» . Журнал эволюции человека . 86 : 32–42. дои : 10.1016/j.jhevol.2015.05.012 . ПМИД 26194031 .
- ^ Перейти обратно: а б с Карвалью, Сусана; Биро, Дора; Кунья, Евгения; Хокингс, Кимберли; МакГрю, Уильям К.; Ричмонд, Брайан Г.; Мацудзава, Тетсуро (2012). «Поведение шимпанзе и происхождение двуногости человека» . Современная биология . 22 (6): 180–181 РД. дои : 10.1016/j.cub.2012.01.052 . ПМИД 22440797 .
- ^ Перейти обратно: а б с Шапиро, Лиза Дж.; Юнгерс, Уильям Л. (1988). «Функция мышц спины во время двуногой ходьбы у шимпанзе и гиббона: значение для эволюции передвижения человека». Американский журнал физической антропологии . 77 (2): 201–212. дои : 10.1002/ajpa.1330770208 . ПМИД 3207169 .
- ^ Перейти обратно: а б с Верике, Иви; д'Аут, Кристиан; Ван Эльсакер, Линда; Де Клерк, Дирк; Аэртс, Питер (2005). «Функциональный анализ стопы гиббона во время наземной двуногой ходьбы: распределение подошвенного давления и трехмерные силы реакции опоры». Американский журнал физической антропологии . 128 (3): 659–669. дои : 10.1002/ajpa.20158 . ПМИД 15861422 .
- ^ Перейти обратно: а б Ямадзаки, Нобутоши; Исида, Хидеми (1984). «Биомеханическое исследование вертикального лазания и двуногой ходьбы у гиббонов». Журнал эволюции человека . 13 (7): 563–571. дои : 10.1016/S0047-2484(84)80028-7 .
- ^ Перейти обратно: а б Стерн, Джек Т.; Сусман, Рэндалл Л. (1981). «Электромиография ягодичных мышц у Hylobates , Pongo и andpan: значение для эволюции двуногости гоминид». Американский журнал физической антропологии . 55 (2): 153–166. дои : 10.1002/ajpa.1330550203 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Демес, Бриджит; О'Нил, Мэтью С. (2013). «Силы реакции земли и механика центра масс двуногих обезьян-капуцинов: последствия для эволюции прямохождения человека» . Американский журнал физической антропологии . 150 (1): 76–86. дои : 10.1002/ajpa.22176 . ПМИД 23124531 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Ханна, Дженди Б.; Шмитт, Дэниел; Райт, Кристин; Эшчар, Йонат; Визальберги, Элизабетта; Фрагази, Дороти (2015). «Кинетика двуногого движения при переноске грузов у обезьян-капуцинов» . Журнал эволюции человека . 85 : 149–156. дои : 10.1016/j.jhevol.2015.05.006 . ПМИД 26073073 .
- ^ Перейти обратно: а б Дрюэль, Франсуа; Берильон, Жиль (2013). «Двуногое поведение оливковых бабуинов: младенцы и взрослые в неволе». Фолиа Приматологическая . 84 (6): 347–361. дои : 10.1159/000353115 . ПМИД 23969888 . S2CID 207565803 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гебо, Дэниел Л. (1987). «Локомоторное разнообразие полуобезьяньих приматов». Американский журнал приматологии . 13 (3): 271–281. дои : 10.1002/ajp.1350130305 . ПМИД 31973467 . S2CID 84453728 .
- ^ Перейти обратно: а б Роуз, доктор медицины (1977). «Позиционное поведение оливковых павианов (Papio anubis) и его связь с содержанием и социальной деятельностью». Приматы . 18 : 59–116. дои : 10.1007/BF02382953 . S2CID 37805085 .
- ^ Рэнгем, RW (1980–2005). «Двуногое передвижение как пищевая адаптация павианов гелады и его значение для эволюции гоминид». Журнал эволюции человека . 9 (4): 329–331. дои : 10.1016/0047-2484(80)90059-7 . ISSN 0047-2484 .
- ^ Ван, WJ; Кромптон, Р.Х. (2004–2012 гг.). «Анализ стопы человека и обезьяны во время стояния на двух ногах с учетом эволюции стопы». Журнал биомеханики . 37 (12): 1831–1836. doi : 10.1016/j.jbiomech.2004.02.036 . ISSN 0021-9290 . ПМИД 15519591 .
- ^ Торп, Сюзанна К.С.; Кромптон, Робин Х. (2005). «Локомоторная экология диких орангутанов (Pongo pygmaeus abelii) в экосистеме Гунунг Лейзер, Суматра, Индонезия: многомерный анализ с использованием лог-линейного моделирования». Американский журнал физической антропологии (на французском языке). 127 (1): 58–78. дои : 10.1002/ajpa.20151 . ISSN 0002-9483 . ПМИД 15386279 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Аэртс, П.; Ван Дамм, Р. (2003). «Бидпедализм у ящериц: моделирование всего тела выявляет возможный спандрел» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 358 (1437): 1525–1533. дои : 10.1098/rstb.2003.1342 . ПМЦ 1693243 . ПМИД 14561343 .
- ^ Перейти обратно: а б с Клементе, Кристофер Дж. (2014). «Эволюция двуногого бега у ящериц предполагает, что это следствие может быть использовано в более поздних линиях». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 68 (8): 2171–2183. дои : 10.1111/evo.12447 . ISSN 1558-5646 . ПМИД 24820255 .
- ^ Ли, HJ; Ли, Ю.Н. (февраль 2018 г.). «Ящерицы бегали на двух ногах 110 миллионов лет назад» . Научные отчеты . 8 (1): 2617. Бибкод : 2018NatSR...8.2617L . дои : 10.1038/s41598-018-20809-z . ПМК 5814403 . ПМИД 29449576 .
- ^ Кэрриер, Дэвид Р. (18 мая 2011 г.). «Преимущество противостояния бою и эволюция привычного прямохождения у гомининов» . ПЛОС ОДИН . 6 (5): e19630. Бибкод : 2011PLoSO...619630C . дои : 10.1371/journal.pone.0019630 . ISSN 1932-6203 . ПМК 3097185 . ПМИД 21611167 .
- ^ Перейти обратно: а б Пройшофт, Хольгер (2004). «Механизмы приобретения привычного прямохождения: существуют ли биомеханические причины приобретения прямохождения на двух ногах?» . Журнал анатомии . 204 (5): 363–384. дои : 10.1111/j.0021-8782.2004.00303.x . ISSN 0021-8782 . ПМЦ 1571303 . ПМИД 15198701 .
- ^ Флигл, Джон Г.; Стерн, Джек Т.; Юнгерс, Уильям Л.; Сусман, Рэндалл Л.; Вангор, Андреа К.; Уэллс, Джеймс П. (январь 1981 г.). «Скалолазание: биомеханическая связь с брахиацией и прямохождением» . Симпозиумы Лондонского зоологического общества . 48 : 359–375 – через ResearchGate.