Приспособление позвоночника к прямохождению
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 октября 2016; проверки требуют 15 правок.
Переход гоминид к прямохождению начался от четырёх до семи миллионов лет назад[1][2]. Этот переход привёл к морфологическим изменениям в скелете человека, в том числе к изменениям размера и расположения костей стопы, размера и формы тазобедренного и коленного суставов, длины и формы ног, а также формы позвоночника. Существует несколько теорий, объясняющих эволюцию этих изменений[3].
Энергетическая эффективность[править | править код]
Прямохождение человека на 75 % более экономично, по сравнению с передвижением шимпанзе как на четырёх, так и на двух конечностях. Некоторые гипотезы утверждают, что именно этот фактор сыграл главную роль в переходе к прямохождению[4].
Изменения скелета[править | править код]
Стопа[править | править код]
Переход к прямохождению привёл к развитию увеличенного пяточного отдела стопы, необходимого для поддержания равновесия при ходьбе и поддержанию увеличившейся массы тела[5]. Изменилась также форма стопы: большой палец на ногах, располагавшийся у ранних гоминид так же, как на руках, поменял расположение, встав на одну линию с другими пальцами[6]. Кроме того, образовался свод стопы в отличие от плоских стоп других гоминид[6]. Все эти изменения способствуют экономии энергии во время передвижения[1][7].
Бедро[править | править код]
Тазобедренный сустав человека существенно больше[прояснить], чем у гоминид, что обеспечивает поддержку тела большего веса[6]. Эти[какие?] изменения приблизили позвоночник к тазу, что увеличило устойчивость при прямохождении[8] и сократило расход энергии на поддержание равновесия при ходьбе[6][1][9].
Форма подвздошной кости изменилась с длинной и узкой на короткую и широкую, при этом крылья подвздошной кости расположились горизонтально. В совокупности эти изменения обеспечивают увеличение площади крепления ягодичных мышц, что помогает стабилизировать торс при стоянии на одной ноге. Крестец также увеличился в ширину, что привело к увеличению диаметра родового канала и облегчило роды. Седалищные кости увеличились, что улучшило крепление связок, поддерживающих брюшную полость при прямохождении.
Колено[править | править код]
Коленные суставы увеличились по той же причине, что и суставы бедра, а именно, для поддержания увеличенного веса тела[6]. Угол разгибания колена (угол между бедром и голенью, образуемый при ходьбе) уменьшился. Изменение формы коленного сустава позволило уменьшить потери энергии на вертикальное перемещение центра тяжести при передвижении[1][6].
Конечности[править | править код]
Увеличение длины ног по мере развития прямохождения привело к изменениям в работе мышц. Усилие, необходимое при ходьбе, передаётся от мышц ног через лодыжку. Длинные ноги позволяют использовать при ходьбе естественное колебательное движение конечностей, поэтому не требуются дополнительные мышцы для передвижения вперёд другой ноги для следующего шага[6].
Верхние (передние) конечности, исключённые из процесса передвижения, видоизменились таким образом, что их стало возможно использовать для удержания предметов и тонких манипуляций с предметами[10]. Это привело к снижению относительной силы верхних конечностей человека по сравнению с другими гоминидами[11][12][13]. С переходом к прямохождению увеличилась роль ягодичных мышц, ставших одной из самых крупных мышц в организме человека. У шимпанзе эти мышцы намного меньше, что доказывает важную роль этой группы мышц в прямохождении. Ягодицы также препятствуют опрокидыванию корпуса вперёд во время бега[9].
Череп[править | править код]
Человеческий череп уравновешен на позвоночнике: большое затылочное отверстие находится в нижней части черепа, что переносит значительную часть веса головы назад. Кроме того, плоская форма человеческого лица помогает сохранять равновесие черепа на затылочных мыщелках, благодаря чему поддержание головы возможно без дополнительных мышц и развитых надбровных дуг, наблюдаемых у человекообразных обезьян. В результате у человека мышцы лба используются исключительно для мимики[10].
Важнейшую роль в эволюции человека сыграло увеличение размера головного мозга, начавшееся примерно 2,4 миллиона лет назад[прим. 1]. Современных размеров мозг достиг не позднее 500 тысяч лет назад. В результате, мозг человека в три-четыре раза превышает по размеру мозг ближайшего эволюционного предшественника — шимпанзе[14].
Позвоночник[править | править код]
С переходом к прямохождению позвоночник человека получил двойной изгиб: верхний (грудной) отдел выгнут назад, а нижний (поясничный) — вперёд. Без поясничного изгиба позвоночник постоянно наклонялся бы вперёд, что требовало бы гораздо больших мышечных усилий для поддержания равновесия[8]. Наличие же двойного изгиба помещает проекцию центра тяжести тела прямо между ступнями[6], что даёт экономию энергии при ходьбе[1].
Последствия[править | править код]
Даже с учётом многочисленных морфологических изменений, скелет человека до сих пор остаётся слабо приспособленным к прямохождению, что приводит к многочисленным заболеваниям опорно-двигательного аппарата[15]. Так, у большого числа людей с возрастом начинаются проблемы с поясничным отделом позвоночника и коленными суставами: по некоторым данным, боль в пояснице является ведущей причиной потерянных рабочих дней[16]. Артрит стал проблемой сразу после перехода гоминид к прямохождению: учёные обнаружили его следы в позвонках доисторических охотников-собирателей[16][прим. 2]. Дальнейшие изменения суставов, которые могли бы исправить положение, невозможны из-за противоречия в требованиях устойчивости и эффективности передвижения[6].
Предполагается, что в результате перехода к прямохождению таз женщин должен был сузиться, чтобы они могли передвигаться на двух ногах. Из-за этого родовой канал изогнулся, что усложнило процесс рождения детей. Также в результате увеличения объема головного мозга у младенцев, которых они вынашивали, увеличилась голова, усложняя процесс их прохождения через и без того узкие родовые пути. Роды стали очень болезненными и опасными. В 1960 году антрополог Шервуд Уошберн (англ.)русск. назвал эту теорию «акушерской дилеммой (англ.)русск.»[17][18].
Однако в последнее время эта теория оспаривается некоторыми учёными. Они утверждают, что в ранних обществах охотников-собирателей роды не были тяжёлыми. Однако после перехода людей к земледелию произошли изменения в строении тела людей: земледельцы, как свидетельствуют археологические находки, были значительно ниже ростом, чем охотники-собиратели. При этом чем меньше рост женщины, тем более узкие у нее бедра, то есть переход к земледелию усложнил процесс деторождения. С другой стороны, более богатый углеводами рацион земледельцев привёл к тому, что младенцы в утробе матери начали быстрее набирать вес, а большого ребенка родить гораздо труднее[17].
См. также[править | править код]
- Смещение позвонка
Примечания[править | править код]
Примечания
- ↑ По результатам последних исследований, развитие мозга гоминид было вызвано необходимостью адаптации к глобальным изменениям климата.
- ↑ Первым предположение о связи заболеваний позвоночника с прямохождением высказал Уилтон Крогман[en], специалист по судебно-медицинской антропологии из Пенсильванского университета в своей книге «Шрамы человеческой эволюции» (1951).
Сноски
- ↑ 1 2 3 4 5 Kondō, Shirō (1985)
- ↑ Staff (August 14, 2016)
- ↑ Kwang Hyun, Ko (2015).
- ↑ Rodman, Peter S.; McHenry, Henry M. (1980).
- ↑ Harcourt-Smith, W.E.H.; Aiello, L.C. (2004)
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Aiello,Leslie and Christopher Dean (1990)
- ↑ Latimer B, Lovejoy CO (March 1989)
- ↑ 1 2 Wang W, Crompton RH, Carey TS, et al
- ↑ 1 2 Lovejoy CO (November 1988)
- ↑ 1 2 Saladin, Kenneth S. (2003). 3rd, ed
- ↑ Ruff Christopher (October 2003)
- ↑ Thorpe SK, Holder RL, Crompton RH (June 2007)
- ↑ Saladin, Kenneth S. «Chapter 8.»
- ↑ Wittman, Anna Blackburn; Wall, L. Lewis (2007)
- ↑ Тейлор, 2016, с. 114.
- ↑ 1 2 Jacob C. Koella; Stearns, Stephen K. (2008)
- ↑ 1 2 Почему роды – это так тяжело и опасно
- ↑ Почему роды в древности проходили намного легче?
Литература[править | править код]
- Джереми Тейлор. Здоровье по Дарвину: Почему мы болеем и как это связано с эволюцией = Jeremy Taylor “Body by Darwin: How Evolution Shapes Our Health and Transforms Medicine”. — М.: Альпина Паблишер, 2016. — 333 p. — ISBN 978-5-9614-5881-7.
- Grabowski M. W., Polk J. D., Roseman C. C. Divergent patterns of integration and reduced constraint in the human hip and the origins of bipedalism. (англ.) // Evolution : journal. — Wiley-VCH, 2011. — Vol. 65, no. 5. — P. 1336—1356. — doi:10.1111/j.1558-5646.2011.01226.x. — PMID 21521191.
- Crompton R. H., Sellers W. I., Thorpe S. K. Arboreality, terrestriality and bipedalism. (неопр.) // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci.. — 2010. — Т. 365, № 1556. — С. 3301—3314. — doi:10.1098/rstb.2010.0035. — PMID 20855304.
Ссылки[править | править код]
- Human Timeline (Interactive) — Smithsonian (August 2016).
Источник
Внушения совести в связи с раскаянием и чувством долга являются важнейшими различиями между человеком и животным.
Чарльз Дарвин
Несмотря на общее прошлое человека и обезьяны, люди в своем развитии далеко ушли от мохнатых сородичей. Ученые связывают ключевые отличия человека от обезьяны со способностью к прямохождению, то есть передвижению на двух задних конечностях, ногах.
Плавный переход человеческих пращуров к прямохождению начался от 4 до 7 миллионов лет назад. Из-за этого скелет человека перетерпел значительные видоизменения: изменились размер, расположение костей стопы, размер и форма тазобедренного и коленного суставов, длина и форма ног, а также форма позвоночника.
Зачем же приматам потребовалось прилагать столько физиологических усилий для того, чтобы стать прямоходящими? Оказывается, прямохождение человека на 75% более экономично, по сравнению с передвижением шимпанзе как на четырех, так и на двух конечностях. Некоторые гипотезы утверждают, что именно энергосбережение сыграло главную роль в переходе к прямохождению.
Давайте посмотрим, какие изменения, связанные с прямохождением, перетерпела обезьяна, чтобы стать человеком:
- Стопа. Переход к прямохождению увеличил пятку, необходимую для поддержания равновесия и увеличившейся массы тела. Изменилась и форма стопы. Большой палец на ногах, располагавшийся у ранних приматов так же, как на руках, встал на одну линию с другими пальцами — больше не нужно цепляться им за ветви деревьев. Эти изменения — залог экономии энергии во время передвижения.
- Тазобедренный сустав. У человека этот сустав крупнее, чем у обезьян, что обеспечивает поддержку большего веса тела. Увеличение таза дало человеку устойчивость при прямохождении и сократило расход энергии на поддержание равновесия. Крестец также увеличился в ширину, а значит, увеличился и родовой канал. Это облегчило роды.
- Колено. Коленные суставы увеличились. Угол разгибания колена уменьшился. Это позволило уменьшить потерю энергии на вертикальное перемещение центра тяжести при передвижении.
- Конечности. Верхние (передние) конечности превратились в руки и перестали участвовать в процессе передвижения. Они немного ослабли, зато ловко освоили мелкую моторику. Увеличилась роль ягодичных мышц. Теперь это — одни из самых крупных мышц в организме. У шимпанзе эти мышцы гораздо мельче. Ягодицы препятствуют опрокидыванию корпуса вперед во время бега.
- Череп. Человеческий череп уравновешен на позвоночнике: большое затылочное отверстие находится в нижней части черепа, что переносит значительную часть веса головы назад. Плоская форма человеческого лица помогает поддерживать голову без дополнительных мышц, наблюдаемых у человекообразных обезьян. А мышцы лба у человека используются исключительно для мимики.
- Позвоночник. С переходом к прямохождению позвоночник человека получил двойной изгиб: верхний (грудной) отдел выгнут назад, а нижний (поясничный) — вперед. Без поясничного изгиба позвоночник постоянно наклонялся бы вперед, что требовало бы мышечных усилий для поддержания равновесия. Наличие двойного изгиба помещает проекцию центра тяжести тела прямо между ступнями. А это существенно экономит энергию при ходьбе.
ФИНТ УШАМИ
85% современных людей не умеют шевелить ушами. Ученые считают, что 15%, которые могут это делать, унаследовали способность от приматов. Наши древние предки шевелили ушными раковинами в целях выживания. После того как они начали жить группами, двигать ушами для определения звука стало уже необязательно.
Помимо скелета существуют и другие яркие отличия человека от его ближайшего сородича — шимпанзе:
- Объем человеческого мозга — 1300-1400 см3, у обезьян — примерно в 2 раза меньше.
- Площадь коры мозга у человека в 3,5 раза больше, чем у обезьян.
- Человек имеет вывернутые губы, слизистая оболочка его губ видна при открывании рта. У наших родственников — нет.
- У человека есть подбородок.
- Клыки у человека не выступают из ряда остальных зубов. У обезьян, наоборот, выступают.
- В середине верхней губы у человека есть ямка.
- Грудная клетка человека плоская, а не бочковидная, как у обезьян.
- Туловище у человека короче, а у обезьян длиннее нижних конечностей.
- Ноги человека длиннее рук, у обезьян — наоборот.
- Стопа человека не плоская, а куполообразная, пружинистая, не приспособленная для хватания.
- Тело человека имеет волосяной покров в отдельных местах. У обезьян шерсть покрывает практически все тело.
- Человек имеет языковую форму общения.
- Человек обладает не только конкретным, но и отвлеченным мышлением.
- Человек способен обобщать. И абстрагировать.
- Человек обладает сознанием.
- Основу жизни человека составляет труд в коллективе.
- Обезьяны не могут изготавливать орудия. А человек может.
- Человек подчиняется общественным законам.
- Человек развивает науку и искусство.
НА ДВУХ ИЛИ НА ЧЕТЫРЕХ?
Большинство человекообразных обезьян, таких как шимпанзе и горилла, отчасти способны ходить на двух конечностях, однако во время передвижения они все же время от времени опираются на так называемые ладони. Человек же сумел полностью оторваться от земли и продолжил свой путь на двух ногах.
Тесты. Проверь свои знания!
Источник
Тема урока: «Скелет туловища. Скелет конечностей и их поясов» .8 класс
Цель урока: Создать условия для формирования представления о строении опорно-двигательной системы человека, особенностях строения скелета , связанные с прямохождением, формирование представлений о естественных изгибах позвоночника – лордозах и кифозах. Показать связь между строением и функциями опорно-двигательной системы
Тип урока: изучение нового материала -2урок
Задачи урока:
Воспитывающая: формировать биологическую грамотность, установить необходимость естественнонаучных знаний и умений для использования в различных жизненных ситуациях.
Развивающая: развивать познавательные мотивы, направленные на добывание новых знаний, развивать представления о биологических объектах и явлениях, их значимости .
Обучающая: изучить состав и строение скелета человека, знать состав и расположение основных отделов скелета человека, уметь узнавать кости на рисунках, отделы скелета по названиям костей, уметь показывать их на таблицах; сделать выводы о роли биологических знаний в жизни человека.
Планируемые результаты:
Метапредметные результаты:
Регулятивные УУД: — самостоятельно обнаруживать и формулировать учебную проблему, определять цель учебной деятельности (формулировка вопроса урока).
Познавательные УУД:
— смысловое чтение ;
— осуществлять анализ и сравнение объектов с целью выделения признаков.
Личностные УУД:
— обладать учебно-познавательной мотивацией и интересом к учению.
Коммуникативные УУД:
— слушать и понимать речь других; — уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.
Предметные результаты:
Предметные УУД:
— знать состав,соединение и строение скелета человека;
— иметь представление о расположении костей в скелете, об отделах скелета;
— знать названия отделов и костей скелета;
— уметь находить на таблицах кости, отделы и показывать их;
— формулировать основные термины по теме, применять биологические понятия .
Оборудование
ИКТ, модель скелета человека, «Строение костей».
Ход урока:
I. Организационный момент
II. Опрос
Фронтально (графический диктант)
Задание: если утверждения правильное поставьте(+), если утверждение неправильное поставьте(-)
Плечевая кость относится к поясу верхних конечностей
Верхняя челюсть – единственная подвижная челюсть в черепе
Нижняя челюсть – подвижная челюсть в черепа
Лицевой отдел черепа человека преобладает над мозговым
К грудной клетке человека относятся: ребра, грудина, грудные позвонки
С возрастом количество минеральных солей в костях увеличивается
Неорганические вещества придают упругость и эластичность костям
Органические вещества не придают упругость и эластичность костям
Костная ткань относится к нервному типу тканей
В шейном отделе позвоночника человека насчитывается 7 позвонков
Позвоночник человека имеет 6 изгибов
Различают только трубчатые и плоские кости в скелете человека
Внутри трубчатых костей находится красный костный мозг
Скелет человека называется наружным
Скелет человека имеет 5 отделов.
Ответ:
1 — 2 – 3+ 4 + 5 + 6+ 7- 8- 9- 10 +11- 12 + 13- 14- 15+
III. Изучение нового материала
Тема урока:«Скелет туловища. Скелет конечностей и их поясов ». Скеле́т челове́ка (от греч. скелетос — «высушенный») —совокупность костей человеческого организма, пассивная часть опорно-двигательной системы . Служит опорой мягким тканям, точкой приложения мышц, вместилищем и защитой внутренних органов.
Скелет взрослого человека состоит из 206 костей. Почти все они объединяются в единое целое с помощью суставов, связок и других соединений. При рождении человеческий скелет состоит из 270 костей, число костей в зрелом возрасте снижается до 206, так как некоторые кости срастаются вместе, преимущественно срастаются кости черепа и таза. В составе скелета взрослого человека около 205—207 костей, из них 33—34 —непарные, остальные — парные. 23 кости образуют череп, 33—34 — позвоночный столб, 25 — ребра и грудину,64 — скелет верхних конечностей, 62 — скелет нижних конечностей и их поясов.
Функции скелета человека.
Скелет(18%)от массы тела и выполняет разные функции, главная из которых опорная.
Он определяет размер и форму тела.
Некоторые части скелета, как, например, череп, грудная клетка и таз, служат вместилищем
и защитой
жизненно важных органов – мозга, легких, сердца, кишечника и т.д. Наконец,
скелет – пассивный орган
движения, т.к. к нему прикрепляются мышцы.
Функции скелета человека
—Двигательная
(обеспечивает передвижение тела и его частей в пространстве).
—Защитная
(создаёт полости тела защиты внутренних органов).
—Формообразующая
(определяет форму и размеры тела).
—Опорная
(опорный остов организма).
—Кроветворная
(красный костный мозг – источник клеток крови).
—Обменная
(кости – источник Ca, F и других минеральных веществ).
Скелет туловища состоит из позвоночника и грудной клетки.
Позвоночник связывает части тела, выполняет защитную функцию для спинного мозга и опорную для головы, рук и туловища. Длина позвоночника составляет 40 % длины те человека. Позвоночник образован 33–34 позвонками.
В нем различают следующие отделы:
шейный (7 позвонков)
грудной (12)
поясничный (5)
крестцовый (5)
копчиковый (4-5) .
У взрослого человека крестцовые и копчиковые позвонки срастаются в крестец и копчик. У человека копчиковые позвонки наименее развиты. Они соответствуют хвостовым позвонкам позвоночника животных.
Как у всех млекопитающих, в шейном отделе позвоночника человека семь позвонков. С первым шейным позвонком череп сочленяется при помощи двух мыщелков. Благодаря этому сочленению можно поднимать и опускать голову. Любопытно, что первый шейный позвонок не имеет тела: оно приросло к телу второго шейного позвонка и образовало зуб: ось, вокруг которой в горизонтальной плоскости вращается первый шейный позвонок вместе с головой, когда жестом мы показываем отрицание. От спинного мозга зуб отделяет связка из соединительной ткани. Особенно непрочна она у грудных детей, поэтому их головку необходимо поддерживать во избежание травмы.
За шейным отделом следует грудной отдел позвоночника. Он состоит из 12 позвонков, к которым прикрепляются ребра. Из них 10 пар ребер с помощью хрящей прикрепляются другими концами к грудине. Две нижние пары ребер оканчиваются свободно. Грудной отдел позвоночника, ребра и грудина образуют грудную клетку.
За грудным отделом следует поясничный отдел. Он состоит из 5 позвонков, достаточно массивных, поскольку им приходится выдерживать основную тяжесть тела.
Следующий отдел состоит из 5 сросшихся позвонков, составляющих одну кость — крестец Если поясничный отдел обладает высокой подвижностью, то крестцовый неподвижен и очень прочен. При вертикальном положении тела на него падает значительная нагрузка.
Наконец, последний отдел позвоночника — копчик. Он состоит из 4—5 сросшихся маленьких позвонков.
Позвоночник человека имеет четыре изгиба, шейный, грудной, поясничный, крестцовый (у млекопитающих животных — только шейный и крестцовый).
Вывод: Благодаря S-образной изогнутости позвоночник способен выполняет роль амортизатора, уменьшая толчки при движении. Это тоже приспособление к прямохождению.
Грудная клетка образована 12-ю парами ребер, грудными позвонками и плоской грудной костью – грудиной. Ребра представляют собой плоские изогнутые дугою кости, их задние концы подвижно соединены с грудными позвонками, а передние концы 10 верхних ребер при помощи гибких хрящей соединяются с грудной костью. Это обеспечивает подвижность грудной клетки при дыхании. Две нижние пары ребер короче остальных и оканчиваются свободно.
Вывод: Грудная клетка защищает сердце, печень, легкие, желудок и крупные сосуды от повреждений.
Продолжим заполнять таблицу.
Заполнить таблицу
Отделы тела
Отделы скелета
Кости скелета
Тип костей
Характер соединения костей
Особенности скелета человека
Голова
Череп
Лицевой отдел черепа
Парные кости: Верхнечелюстные, скуловые, носовые, небные. Непарные: Нижнечелюстная, подъязычная
Плоские (широкие)
Неподвижный, кроме нижней челюсти
Развитие подбородочного выступа в связи с членораздельной речью
Мозговой отдел черепа
Парные кости: теменные, височные Непарные: лобная, затылочная, клиновидная, решетчатая
Плоские (широкие)
Неподвижное (швы)
Мозговой отдел черепа развит больше, чем лицевой
Туловище
Позвоночник
33-34 позвонка
7-шейных, 12-грудных, 5-поясничных, 5-крестцовых, 4-5 копчиковых
Короткие
Полуподвижные
S-обр изогнутость позвоночника (лордозы – шейный, поясничный; кифоз – грудной и крестцовый); увеличение тел позвонков в нижних отделах позвон- ка
Грудная клетка
12 грудных позвонков, 12 пар ребер, грудина- грудная кость
Короткие, длинные губчатые
Полуподвижные
Грудная клетка сжата спереди назад; грудина широкая
Конечности
Пояс скелета верних конечностей
скелет свободных верних конечностей
Пояс скелета нижних конечностей
скелет свободных нижних конечностей
IV.Физминутка: Встали – я называю кость, а вы её показываете на себе: позвоночник, грудная клетка, ребро, нижняя конечность, пояс нижних конечностей, верхняя конечность, пояс верхних конечностей.ключица
V.Закрепление.
Синквейн «Скелет человека»
V I.Домашнее задание.
§9 , заполнить таблицу.
Источник