二足歩行による人間の骨格の変化

約400万年前、またはサヘラントロプスで700万年前に霊長類で始まった人間の二足歩行の進化は、 足の骨の配置とサイズの変化を含む人間の骨格の形態学的変化をもたらしました。ヒップのサイズと形状、膝のサイズ、脚の長さ、および脊柱の形状と方向。これらの変化を生み出した進化的要因は、いくつかの理論の主題でした。

エネルギー効率

人間の歩行は、チンパンジーでの四足歩行と二足歩行の両方よりも約75％低コストです。いくつかの仮説は、二足歩行が旅行のエネルギー効率を高め、これが二足歩行の起源の重要な要因であると支持しました。人間は、歩行時ではなく四足歩行よりも多くのエネルギーを節約します。人間のランニングは、歩くよりも75％効率が悪いです。研究は、生きている人類二足歩行の歩行が生きている人類四足歩行よりも著しく効率的であることを証明するのに役立ちましたが、四足歩行と二足歩行のコストは同じです。

足

人間の足は、かかとの拡大を進化させ、進化も増加した重量を支えました。人間の足は、初期のヒト科のように把持構造として機能するのではなく、体全体の重量を支えるプラットフォームとして進化しました。したがって、人間の足の先は二足歩行の祖先よりも小さくなります。これには、反対の母hallが含まれ、他のつま先に合わせて再配置されます。さらに、人間には扁平足ではなく足のアーチがあります。人間以外のヒト科動物が直立歩行する場合、体重はかかとから足の外側に沿って伝達され、次に中足指を通じて伝達されます。足と最後に足の親指を通して。この重量の移動は、移動中のエネルギー保存に貢献します。

膝

人間の膝関節は、腰と同じ理由で、体重の増加をよりよく支えるために拡大されます。膝の伸展の程度（歩行サイクルにおける大腿部とシャンクの間の角度）が減少しました。人間の膝関節角の変化するパターンは、中間スタンスフェーズで「ダブルニーアクション」と呼ばれる小さな伸長ピークを示しています。ダブルニーアクションは、重心の垂直方向の動きによって失われるエネルギーを減らします。人間は膝をまっすぐに保ち、太ももを内側に曲げた状態で歩くため、先祖代々の人類の場合のように、膝は横に出ているのではなく、体のほぼ真下にあります。このタイプの歩行もバランスを助けます。

手足

二足歩行の進化以降の脚の長さの増加により、直立歩行における脚の筋肉の機能が変わりました。人間では、歩行のための「プッシュ」は足首で作用する脚の筋肉から来ます。脚を長くすると、自然な四肢のスイングを使用できるため、歩行時に次のステップで他の脚を前に振るために人間が筋肉を使用する必要がなくなります。結果として、人間の前肢は移動に必要ではないため、代わりにオブジェクトを非常に正確に持ち運び、保持、操作するために最適化されます。これは、類人猿と比較して、人間の体の大きさに対して前肢の強度の低下をもたらします。長い後肢と短い前肢を持つことで、人間は直立して歩くことができますが、オランウータンとテナガザルは枝でスイングするために長い腕の適応がありました。類人猿は後肢に立つことができますが、疲れることなく長時間立つことはできません。これは、彼らの大腿骨が二足歩行に適応していないためです。類人猿には垂直な大腿骨がありますが、人間には股関節から膝まで内側にわずかに角度が付いている大腿骨があるため、人間の膝がより近くになり、身体の重心の下になります。この適応により、人間はひざをロックし、筋肉からの多大な労力なしで長時間真っ直ぐ立ちます。殿筋の最大値は、歩行における主要な役割になり、人間の最大の筋肉の1つです。この筋肉はチンパンジーではずっと小さく、二足歩行に重要な役割を果たしていることを示しています。人間が走るとき、私たちの直立姿勢は、各足が地面に当たって前方に曲がる傾向があります。殿筋は、体の上部の胴体が「前方に傾く」または転倒するのを防ぐのに役立ちます。

股関節と骨盤

現代の人間の股関節は、それらを通過するより多くの体重をよりよく支え、より短く、より広い形を持っているために、四足動物の祖先種よりも大きくなっています。この形状の変化により、脊柱が股関節に近づき、直立歩行中の体幹を支えるための安定したベースが提供されました。また、2足歩行では、人間が比較的不安定なボールとソケットジョイントでバランスを取る必要があるため、脊柱を股関節の近くに配置することで、バランスをとるための筋肉の労力を少なくすることができます。股関節の形状の変化は、エネルギー効率の良い適応である股関節伸展の程度の低下につながった可能性があります。腸骨は長くて狭い形から短くて広い形に変化し、骨盤の壁は近代化されて横向きになった。これらの結合された変更により、殿筋の付着面積が増加します。これは、片足で立ちながら胴体を安定させるのに役立ちます。仙骨もより広くなり、産道の直径が大きくなり、出産が容易になりました。直立姿勢時の腹部内臓のサポートに役立つ靭帯付着面を増やすために、イスキア棘がより顕著になり、体の中央に向かって移動しました。

脊柱

人間の脊柱は、腰部（下部）領域で前方に曲がり、胸部（上部）領域で後方に曲がります。腰部のカーブがなければ、脊柱は常に前方に傾き、二足動物にとってより筋肉の努力が必要な位置になります。前方に曲がると、人間は立ち上がって直立するための筋肉の努力が少なくなります。腰部と胸部の曲線が合わさって、身体の重心が足の真上にくるようになります。また、エネルギーを節約するために、体の勃起の程度（歩行サイクルで体が垂直線に対して傾斜する角度）はかなり小さくなります。

頭蓋骨

人間の頭蓋骨は脊柱上でバランスが取れています。大後頭孔は頭蓋骨の下にあり、頭の重量の多くを脊椎の後ろに置きます。さらに、平らな人間の顔は、後頭顆のバランスを維持するのに役立ちます。このため、例えば類人猿に見られる顕著な眼窩上隆起と強い筋肉の付着なしに、頭を直立させることが可能です。その結果、人間では額の筋肉（後頭前頭筋）が顔の表情にのみ使用されます。脳のサイズの増加は、人間の進化においても重要です。約240万年前に増加し始めましたが、50万年前までは脳の大きさの最新レベルに達しませんでした。動物学的分析により、人間の脳のサイズは、私たちのサイズに予想されるサイズよりも大幅に大きいことが示されています。実際、人間の脳は、最も近い親鳥であるチンパンジーの3〜4倍の大きさです。

意義

多くの変更を加えても、人間の骨格の一部の機能は二足歩行にあまり適応していないため、今日の人間に一般的な否定的な意味合いが生じています。腰と膝の関節は骨の機能不全に悩まされており、関節がより多くの体重を支えるため、腰痛が営業日の損失の主な原因です。人類が二足歩行になって以来、関節炎は問題となっています。科学者は、先史時代の狩猟採集民の脊椎にその痕跡を発見しました。物理的な制約により、歩行の効率を維持しながら、関節をさらに安定させるために修正することが困難になっています。