- Evoluce člověka a běh (1) – Proč se objevil člověk
- Evoluce člověka a běh (2) – Jakou roli u nás sehrála dvounohost
- Evoluce člověka a běh (3) – Jak oheň napomohl změnám mozku
Rozvoj bipedalizmu byl tím nejzásadnějším rozdílem mezi člověkem a zbytkem lidoopů. Právě díky němu nastaly všechny ostatní změny. Pokračujeme v našem velkém rozhovoru o evoluci.
Minule jsme si řekli, že od společného předka člověka a šimpanze, který lezl po stromech, jsme prošli 2 velkými fázemi. Nejdříve se vyvinuli Australopitékové, kteří k opičímu lezení přidali inovaci – chůzi. Z nich pak vznikl rod Homo, který lezení vyměnil za běh.
Pojďme zatím k té první fázi chůze+lezení, tedy k Australopitékům. Už jsi zmínil bipedalizmus, který se právě během této fáze začal objevovat. S teorií, že spouštěčem změn byl právě bipedalizmus, přišel poprvé Charles Darwin ve své knize The Descent of Man. Jak moc je prokázaná?
Teorie bipedalizmu je velmi dobře podložená fosilními důkazy a anatomickými studiemi. Fosilie jako Lucy (Australopithecus afarensis) a Laetoli stopy z Tanzanie jasně ukazují, že naši předkové chodili vzpřímeně už před více než 3 miliony lety. Anatomické změny v pánvi, páteři a nohách, které vidíme u těchto fosilií, podporují teorii, že bipedalizmus byl klíčovým evolučním krokem, který odlišil naši linii od lidoopů.
Teorie bipedalizmu tedy není jen spekulace. Je to dobře prokázaná skutečnost, která je základem našeho porozumění lidské evoluce.
Dříve se místo bipedalizmu hodně uvažovalo o zvětšování mozku jako hlavním faktoru, o čemž píše například Daniel Lieberman. Máme i nějaké další teorie?
Ano, vedle bipedalizmu a zvětšování mozku existovalo několik dalších teorií, které se snažili vysvětlit klíčové faktory lidské evoluce. Některé z nich: používání nástrojů, sociální struktura a komunikace, vaření, přizpůsobení k lovu a sběru. Dnes víme, že všechny tyto věci jsou v našem vývoji extrémně důležité, ale vychází právě z bipedalizmu.
Druhou částí příběhu je teorie, že člověk se proti jiným druhům prosadil díky moderním dobám ledovým. Drsné zimy způsobily, že přežily spíše druhy s mláďaty s delší péčí u matky a velkou hlavou (nižší tepelné ztráty). Bylo to opravdu tak zásadní nebo je to už teorie z říše fantazie?
Teorie, že drsné zimy a doby ledové tímto způsobem ovlivnily evoluci člověka, má reálný základ, ale zcela jednoznačná není. Evoluce člověka byla ovlivněna kombinací řady faktorů, včetně změn klimatu, rozvoje sociálních struktur, využívání nástrojů, a rozšíření do různých prostředí. Tato teorie je tedy jednou částí složitého příběhu lidské evoluce. Není to úplná odpověď, ale spíše důležitý kousek skládanky.
Bipedalizmus byla zásadní změna. Vyvinul se hlavně proto, že nebylo na výběr. Je to tak?
Tak bych to úplně neformuloval. Byla to prostě adaptace na nové prostředí. Přechod k chůzi po dvou nohou byl reakcí na změny, především na rozšiřující se savany v Africe, kde naši předci ztratili husté lesy a stromy. Dvounohá chůze jim umožnila efektivněji cestovat na dlouhé vzdálenosti, lépe vidět přes vysokou trávu, uvolnit ruce k jiným činnostem (jako nošení nástrojů nebo potravy) a lépe regulovat tělesnou teplotu při vytrvalostním pohybu v horkém klimatu. Spíše bych to tedy nazval výhodou než nutností bez alternativ.
Také dodejme, že bipedalizmus se vyvinul postupně. Raní hominini, jako Australopithecus, měli kombinaci adaptací na chůzi i lezení. Plně bipedální chůze se vyvinula až později s rodem Homo.
Jaká byla cena zvládnutí vytrvalostní chůze?
Velmi vysoká. Tělo muselo projít mnoha změnami, které přinesly jak výhody, tak nevýhody. Změny v páteři vedly k problémům s bolestí zad, přetížení kloubů jako kolen a kotníků způsobilo jejich větší náchylnost ke zraněním. Změna pánve, aby umožnila vzpřímenou chůzi, zároveň zkomplikovala porod, protože pánevní kanál se zúžil, což vyžadovalo složitější porodní proces.
Tyto náklady byly však vyváženy výhodami, které bipedalizmus přinášel v otevřeném prostředí, kde byl efektivní pohyb na dlouhé vzdálenosti a využívání rukou důležité pro přežití.
Jak vypadala přechodná fáze mezi quadrupedalizmem a bipedalizmem a jak dlouho trvala?
Přechod od čtyřnohé chůze k bipedalizmu trval několik milionů let. Proces nebyl lineární, ale zahrnoval postupné změny v anatomii a chování. Přechodné formy ukazují na postupný vývoj adaptací potřebných pro efektivní chůzi po dvou nohách.
Známe z historie života víc pokusů o bipedalizmus? Jak se jim vedlo?
Ano, v historii života na Zemi existují i jiné pokusy o bipedalizmus mimo naši linii. Některé z těchto pokusů byly úspěšné, jiné méně. Pár příkladů:
- Mnoho dinosaurů, zejména teropodní dinosauři (např. Tyrannosaurus rex, Velociraptor), vyvinulo bipedalizmus
- Moderní ptáci jsou potomky těchto teropodních dinosaurů a jsou tak už desítky milionů let adaptováni na bipedalizmus
- Někteří prehistoričtí krokodýli byli bipedální, i když ti se později vrátili ke quadrupedalizmu
- Někteří moderní primáti, jako jsou giboni, vykazují určitý bipedalizmus, především při pohybu na zemi.
- Surikaty používají bipedalizmus pouze příležitostně pro lepší přehled o okolí. Jejich hlavní pohyb je stále po čtyřech.
- Klokani jsou trvale bipedální a jejich bipedalizmus je specializovaný pro skákání.
Jak se lišily od bipedalizmu u člověka? Proč si třeba surikata nebo někdo jiný z předchozího seznamu nevyvinul velký mozek a neovládl svět?
Bipedalizmus u zvířat, jako jsou surikaty, klokani apod., se od bipedalizmu člověka liší značně. U lidí šlo o mnohem hlubší evoluční změnu, která ovlivnila způsob života celkově. Surikaty stojí na zadních nohou jen dočasně a nejsou schopny efektivního bipedálního pohybu jako lidé. Klokani využívají zadní nohy pro skákání, což je energeticky úsporný způsob pohybu, ale jejich bipedalizmus není navázán na volné ruce nebo na vytrvalostní chůzi či běh jako u lidí. Teropodi využili bipedalizmu primárně na věci spojené s lovem a jejich mozek zůstal relativně malý. Přední končetiny u jiných živočichů často slouží spíše na udržování rovnováhy než nějaké nové činnosti.
Jedním z hlavních důvodů, proč si tyto druhy nevyvinuly velký mozek tedy je, že bipedalizmus u nich neměl stejný vliv na další evoluční faktory. Nebyli tlačeni k používání nástrojů, lovu, složité manipulaci, nezměnili stravovací návyky apod., což by mohlo stimulovat vývoj většího mozku. Prostě k velkému mozku u nich nebyl relevantní evoluční tlak.
Jaké měla dvounohost a schopnost efektivní chůze důsledky na stavbě těla?
Pánev se rozšířila, aby poskytla stabilitu při chůzi po dvou nohách. To také umožnilo efektivnější přenos hmotnosti z horní části těla na dolní končetiny. Lidská chodidla vyvinula klenby, které absorbují nárazy a poskytují pružnost, což zvyšuje efektivitu chůze. Páteř se vyvinula s dvojitým zakřivením (krční a bederní lordóza), které pomáhá udržovat rovnováhu a efektivně přenášet váhu z horní části těla na nohy. Schopnost chodit vzpřímeně uvolnila ruce, což vedlo k rozvoji komplexních nástrojů a kognitivních schopností. Kolena a kyčle se přizpůsobily pro dlouhé, přímé pohyby. Lidská kolena jsou schopna efektivně přenášet váhu při chůzi, zatímco kyčelní klouby se stabilizovaly pro efektivní bipedalizmus.
Jak ovlivnil bipedalizmus těhotenství? Neměl australopithecus problémy se stabilitou?
U Australopitheca vedl k rozšíření pánve, což usnadnilo porod, ale pánev byla stále užší než u moderních lidí, což mohlo způsobovat určité komplikace. Stabilita při chůzi byla u Australopitéka lepší než u čtyřnohých primátů, ale ne tak dokonalá jako u současných lidí. Důsledkem bylo, že těhotenství a porod u Australopitéka byly méně komplikované než u našich předků s čtyřnohým pohybem, ale stále mohly být náročné. Postupný vývoj v rodu Homo vedl k dalším přizpůsobením, která pomohla optimalizovat bipedalizmus a zlepšit stabilitu.
Už jsme to nakousli – jaká další rizika člověku všechny tyto změny přinesly?
Jedním z hlavních problémů je zvýšené zatížení páteře, kyčlí, kolen a kotníků. Vzpřímený postoj znamená, že celá váha těla je koncentrována na dolních končetinách, což může vést k opotřebení kloubů a bolestem zad, které jsou u lidí velmi časté. Zvýšilo se obecně riziko úrazů při chůzi a běhu, jako jsou zlomeniny a výrony.
Dalším rizikem je zranitelnost přední části těla, zejména břicha, protože vzpřímený postoj exponuje tuto oblast více než u čtyřnohých tvorů. Dále je tu i vyšší riziko pádů, protože se člověk spoléhá na stabilitu na dvou nohách, což znamená, že ztráta rovnováhy může vést k vážnějším zraněním.
Dalším zásadním důsledkem bipedalizmu bylo, že jsme najednou měli dvě končetiny navíc. Co s nimi?
Ruce se mohly začít vyvíjet k manipulaci s nástroji, sbírání potravy, výrobě a používání zbraní, což bylo zásadní pro přežití. Jemná motorika prstů umožnila vyrábět složitější nástroje a vyvíjet technologie.
Volné ruce také hrály důležitou roli ve vývoji sociální komunikace – gestikulace a nonverbální komunikace se staly součástí lidské interakce dlouho předtím, než se vyvinul složitý jazyk.
Pomohly výrazně i při přenášení předmětů.
Měl vývoj rukou nějaké zajímavé mezistupně?
Naši předci měli původně ruce více přizpůsobené lezení po stromech, jako tomu je u dnešních lidoopů. Prsty byly dlouhé a zahnuté, což bylo ideální pro uchopování větví. U australopitéků už můžeme vidět přechodný stav – jejich ruce byly stále vhodné pro lezení, ale zároveň začínaly vykazovat znaky schopnosti jemné motoriky, například lepšího úchopu palcem.
Paranthropus (to jsou v podstatě nějaké druhy australopitéků) měl už některá základní přizpůsobení pro použití nástrojů, což rozvinul Homo habilis a ještě více Homo erectus.
Člověk má palce ve velmi zvláštní poloze, jakoby o 90 stupňů otočené oproti jiným prstům. Kdy se tohle změnilo a k čemu to bylo?
Otáčení palce o 90 stupňů, které umožňuje protichůdný úchop, se objevilo u raných členů rodu Homo před 2,5–1,5 miliony lety, především u Homo habilis. Otočený palec umožnil lepší uchopování a manipulaci s nástroji. Tato adaptace byla zásadní pro rozvoj kultury a technologie, které charakterizovaly pozdější lidskou evoluci.
Se vzpřímením souvisí svázání nádechu a kroku. Předpokládáme, že se to též stalo v tomto období. Jak moc nám to pomohlo?
Tato adaptace umožnila lepší dýchání při chůzi a běhu, protože každý krok pomáhá optimalizovat funkci plic a bránice, což dále vede k efektivnějšímu příjmu kyslíku a odvodu oxidu uhličitého a tedy lepší zásobení tkání. Tkáně si tak mohly dovolit i větší spotřebu.
Vzpřímený postoj také zlepšil termoregulaci tím, že snížil expozici těla přímému slunečnímu záření, což pomáhá v prevenci přehřátí. Lepší cirkulace vzduchu kolem těla při pohybu navíc podporuje regulaci tělesné teploty.
Celkově tato adaptace snížila energetické nároky na dlouhé vzdálenosti, což bylo klíčové pro vytrvalostní chůzi a později běh. To všechno přispělo k úspěchu našich předků v otevřených savanách a zvýšilo naši schopnost přežít a efektivně se pohybovat v různých podmínkách.
Jaký vliv to mělo na bránici, pleurální dutinu apod.?
Bránice, hlavní sval zodpovědný za dýchání, se při přechodu na bipedalizmus a synchronizaci s krokem stala efektivnějším nástrojem pro ventilaci plic. Vzpřímený postoj zlepšil její funkci tím, že umožnil lepší pohyb nahoru a dolů během dýchání. Při každém kroku se bránice pohybuje synchronizovaně s pohybem těla, což zvyšuje objem plicního prostoru a zlepšuje příjem kyslíku a odstranění oxidu uhličitého. Tato koordinace mezi dýcháním a chůzí zajišťuje, že bránice pracuje efektivněji, čímž podporuje vytrvalostní aktivitu.
Pleurální dutina, která obklopuje plíce a je vyplněna pleurální tekutinou, také zažila důležité změny. Synchronizace dýchání s krokem umožnila lepší manipulaci s tlakem v pleurální dutině, což usnadňuje expanzi a kontrakci plic během dýchání. Při každém kroku, kdy bránice pracuje, se tlak v pleurální dutině mění, což pomáhá efektivnějšímu přenosu vzduchu do plic. Tato změna vedla ke zlepšení dýchací mechaniky a přispěla k lepší termoregulaci a energetické efektivitě.
