Предыдущие теории жесткости стопы рассматривают продольный свод стопы, однако в статье «Жесткость стопы человека и эволюция поперечной дуги», опубликованной сегодня, 26 февраля, в журнале Nature, исследователи из Уорикского университета работают в сотрудничестве. совместно с Йельским университетом и OIST Graduate University предполагают, что поперечная дуга может играть не менее важную роль.
Сотрудничество обнаружило, что поперечный свод стопы является большим источником жесткости стопы, чем то, что было обнаружено из-за продольного свода в предыдущей работе.
Они также обнаружили, что поперечная дуга эволюционировала, чтобы стать почти человеческим за 3 месяца.5 миллионов лет назад.
Это сотрудничество между доктором Шреясом Мандре из факультета математики Уорикского университета, профессором Махеш Банди из отдела нелинейной и неравновесной физики Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST) и профессором Мадхусудханом Венкадесаном из Йельский университет финансировался за счет премии Young Investigator в рамках программы Human Frontiers Science Programme.
Авторы говорят, что это исследование мотивирует дальнейшую работу по изучению роли поперечных дуг в дисциплинах подиатрии и эволюционной антропологии. Эти идеи могут также вдохновить на создание новых конструкций протезов и роботизированных стоп.
Роль поперечной дуги можно проще понять, взглянув на тонкий бумажный лист. Когда короткий край удерживается ровным, лист становится гибким и провисает под небольшим весом.
Но немного загните край и даже в 100 раз больший вес не является чрезмерным.
«Плоские тонкие предметы, такие как листы бумаги, легко сгибаются, но их очень трудно растянуть», – сказал доктор. Мандре объясняет. "Поперечная кривизна листа вызывает его поперечное растяжение при попытке согнуть его. Это сочетание изгиба и растяжения из-за кривизны является принципом, лежащим в основе придаточной роли поперечной дуги."
Но поскольку ножка выполняет несколько механических функций, ее структура сложнее, чем лист бумаги. Следовательно, «уплощение» стопы для проверки гипотезы об усилении, вызванном кривизной, может иметь неопознанные смешивающие переменные. Чтобы преодолеть эту трудность, исследователи изобретательно нарушили основной принцип, сохранив при этом поперечную арку нетронутой.
«Понимание основного принципа позволило нам создать механическую имитацию стопы, состоящую из пружин, имитирующих эластичную ткань стопы.
Нарушение поперечно ориентированных пружин в этих имитаторах имело тот же эффект, что и их сплющивание », – объясняет Али Явар, соавтор исследования.
«Мы нарушили основополагающий принцип жесткости, вызванной искривлением трупной стопы человека, путем пересечения поперечной ткани, что снизило жесткость средней части стопы почти вдвое», – сказала Кэролайн Энг, другой соавтор статьи.
Для сравнения, эксперименты 1980-х годов по разрушению механизма жесткости из-за продольной дуги показали снижение жесткости только примерно на 25%.
Это исследование также вводит новую интерпретацию летописи окаменелостей предков человека, особенно в связи с появлением двуногого мышления. Исследователи сформулировали меру поперечного свода стопы, чтобы учесть различия в длине и толщине стопы.
Они использовали эту меру для сравнения родственных видов, таких как человекообразные обезьяны, предки человека и некоторые далекие родственные приматы.
"Наши данные свидетельствуют о том, что поперечная дуга, похожая на человека, могла развиться в течение трех.5 миллионов лет назад всего 1.За 5 миллионов лет до появления рода Homo и это был ключевой шаг в эволюции современного человека », – поясняет проф.
Venkadesan. Это также предоставляет гипотезу о том, как Australopithecus afarensis, тот же вид, что и ископаемая Люси, который, как считается, не обладал продольно изогнутыми ступнями, мог оставлять следы, похожие на человеческие, которые были обнаружены в Лаэтоли.
ВИДЕО: https: // www.YouTube.com / watch?v = QyiX0Fb-Lfw
ВИДЕО: https: // www.YouTube.com / watch?v = adt3sH9O_vE