18 decembrie 2020 la 8:58 AM

Vizitați Back2BU pentru cele mai recente actualizări și informații despre răspunsul BU la COVID-19. Studenții pot găsi informații suplimentare în Ghidul studenților de licență și în Ghidul studenților absolvenți și profesioniști.

Doar pentru că ai un bazin larg nu înseamnă că nu poți fi un alergător eficient și un pasager - arată antropolog biologic

late

Kristi Lewton, profesor asistent în secția de anatomie și neurobiologie la Școala de Medicină BU. Fotografie de Jackie Ricciardi

Ce poți învăța dintr-un bazin? Printre calitățile care îi fac pe oameni unici se numără două trăsături fizice: felul nostru de a merge și de a alerga în poziție verticală pe două picioare și de capul foarte mare al nou-născuților noștri. Aceste două trăsături ale umanității se întâlnesc la nivelul pelvisului, un set de oase care include iliu, ischiu, pubis și sacru.

Timp de mai mult de 50 de ani, antropologii au crezut că pelvisul uman a fost modelat de o tragere la rază de evoluție între cerințele concurente ale bipedalismului și nașterii. Acum, o echipă de oameni de știință care include Kristi Lewton, profesor asistent în departamentul de anatomie și neurobiologie de la Școala de Medicină a Universității Boston și colegi de la Universitatea Harvard, Hunter College și Washington University, St. Louis, a arătat că această așa-numită „dilemă obstetrică” s-ar putea să nu fie deloc o dilemă. Primul autor al studiului este Anna Warrener, colegă postdoctorală la Harvard, care lucrează în laboratorul lui Daniel Lieberman, profesor de științe biologice Edwin M. Lerner II. Studiul a rezultat din cercetările Warrener efectuate ca parte a doctoratului ei. la Universitatea din Washington, pe care a finalizat-o sub supravegherea lui Herman Pontzer, acum profesor de antropologie la Hunter.

Oamenii dau naștere la nou-născuți foarte mari („ginormoși!”), Spune Lewton. În timp ce cimpanzeii și alți bebeluși primati neumani ies din canalul nașterii cu spațiu liber, sugarii umani trebuie să efectueze o serie complicată de rotații pentru a-și intra în lume, iar deschiderea pelviană este doar suficient de mare. Dacă ceva nu merge bine, viețile mamei și ale bebelușului sunt în pericol. Deci, de ce nu a dezvoltat corpul uman un bazin mai larg? Antropologii au crezut de multă vreme că se desfășoară un compromis evolutiv; au presupus că un bazin larg este „rău pentru bipedalism”, spune Lewton. Cu toate acestea, până acum, nimeni nu testase riguros această presupunere.

Un participant la experimentul lui Lewton merge pe o bandă de alergat în timp ce se măsoară consumul de oxigen și mișcarea ei este urmărită de senzori. Fotografie de Kristi L. Lewton

Lewton și colegii ei și-au propus să descopere dacă șoldurile largi chiar fac alergarea și mersul pe jos mai puțin eficiente. Au recrutat 38 de studenți, inclusiv bărbați și femei, și i-au pus să meargă și să alerge pe o bandă de alergat, măsurând în același timp cât de mult lucrau, măsurându-și consumul de oxigen. În timp ce participanții au făcut mișcare, mișcarea lor a fost urmărită de opt camere antrenate pe markere cu infraroșu atașate la șoldurile, genunchii, gleznele, coapsele și gambele participanților. Lewton și colegii ei au estimat lățimea șoldurilor subiecților folosind rezultatele de la urmăritoarele cu infraroșu și ulterior și-au combinat datele cu rezultatele de la o universitate din Washington din St. Louis. Echipa de cercetare Louis care a folosit RMN pentru a obține o măsură directă a lățimii șoldului. (Lățimea adevărată a șoldului este definită ca distanța dintre articulațiile șoldului, subliniază Lewton și este diferită de ceea ce ați măsura cu o bandă de croitor.)

Dacă presupunerile de bază ale dilemei obstetricale sunt corecte, spune Lewton, participanții cu șolduri mai largi ar trebui să alerge și să meargă mai puțin eficient decât cei cu îngust. Dar nu asta au găsit Lewton și echipa ei. În schimb, nu au găsit nicio legătură între lățimea șoldului și eficiența: alergătorii cu coada largă s-au mișcat la fel de bine ca colegii lor cu coada îngustă. Lewton și colegii ei și-au publicat rezultatele în martie 2015 în revista online PLOS ONE. Lucrarea a fost susținută de subvenții de la National Science Foundation și The Leakey Foundation.

„Acest„ compromis ”între șolduri suficient de larg pentru un bebeluș mare și suficient de mic pentru o locomoție eficientă nu pare să se întâmple”, spune Lewton. „Asta înseamnă că trebuie să rescriem toate manualele de antropologie! Chiar și în afara manualelor, publicul larg crede că, dacă șoldurile tale sunt largi, ești un biped rău și nu pare să fie cazul. ”

Un model simplu al forțelor de pe articulația șoldului (stânga) arată forța de reacție la sol (GRF) transmisă vertical prin linia mediană a corpului. Un nou model mai sofisticat (dreapta) arată forțele care călătoresc printr-o serie de segmente legate, inclusiv piciorul, coada și coapsa, pentru a ajunge la șold și dezvăluie că GRF este de fapt unghiular și nu este situat în linia mediană. Credite: Anna G. Warrener, Kristi L. Lewton, Herman Pontzer, Daniel E. Lieberman

Acest lucru ar trebui să facă bipedele de toate formele și dimensiunile să se simtă bine. Dar lasă o întrebare: dacă cerințele de locomoție nu le împiedică, de ce șoldurile umane nu s-au extins de-a lungul generațiilor de evoluție - și de ce nașterea nu a devenit mai ușoară? Poate că o a treia forță evolutivă încă necunoscută este în lucru. Sau poate, sugerează Lewton, nașterea umană nu a fost întotdeauna atât de grea.

Este aproape imposibil pentru paleoantropologi să știe cum era o naștere în urmă cu sute de mii sau milioane de ani, spune Lewton. Deși o mână de schelete adulte fosilizate spun o parte a poveștii, nu există o astfel de înregistrare pentru nou-născuții, ale căror schelete moi nu sunt bine conservate prin fosilizare. „Este puțin dificil să se deducă dacă această nepotrivire între dimensiunea fetală și dimensiunea pelviană a fost de fapt o problemă în trecut”, spune Lewton. „Ne lipsește jumătate din ecuație”.

Unii cercetători cred că s-a întâmplat o schimbare dramatică în urmă cu aproximativ 10.000 de ani, când oamenii din neolitic au făcut trecerea de la hrănire la agricultură. Comparând scheletele dinaintea și după această tranziție, antropologii au descoperit că oasele și dinții oamenilor care trăiau pe o dietă agricolă, cu o mulțime de cereale și relativ puține proteine, erau relativ slabi. Antropologii cred, de asemenea, că în această perioadă au apărut deficiențe pe scară largă de vitamina D, așa cum s-a înregistrat în malformațiile oaselor pelvine. Dacă bebelușii s-au mărit dramatic în momentul acestei tranziții agricole, s-ar putea să nu vedem încă impactul evoluției asupra corpului.

Pentru a înțelege forțele care au modelat pelvisul de-a lungul timpului, Lewton se uită, de asemenea, la rudele noastre primate, de la micile marmite pigmee până la gorila de 220 de kilograme. Pe parcursul a jumătate de an, Lewton a călătorit în șapte muzee din întreaga lume, examinând schelete de la 800 de animale individuale reprezentând 40 de specii diferite de primate. Colecția sa a inclus patru „grupuri locomotorii” diferite: oameni; animale care își petrec cea mai mare parte a timpului în copaci; „Patrupedele terestre” care merg pe patru picioare pe sol; și, cel mai dramatic, „agățări verticale și salturi”, care generează forțe de propulsie uriașe pe măsură ce își îndeplinesc acrobația.

Sifakas, la fel ca cel prezentat aici, sunt membri ai grupului vertical de agățări și sărituri de primate. Fotografie de Stephanie L. Meredith

Folosind un model mecanic simplu în care oasele pelvisului sunt tratate ca pârghii rigide, Lewton a făcut o serie de predicții despre modul în care oasele pelvine ar trebui să varieze între cele patru grupuri. Dar dintre cele nouă trăsături diferite pe care le-a analizat, doar două - înălțimea și rezistența părții inferioare a iliumului - s-au potrivit cu previziunile ei. „Ceea ce îmi sugerează acest lucru este că modelul din care am derivat aceste predicții nu este chiar corect”, spune Lewton. Acum dezvoltă modele mai detaliate ale bazinului, care îi vor permite să măsoare în mod direct stresurile și tulpinile de pe oase.

Cercetarea face parte din obiectivul mai mare al lui Lewton: aducerea fosilelor „la viață” prin iluminarea legăturilor dintre modul în care sunt construite animalele și modul în care se comportă. Studiind aceste conexiuni la creaturi vii, spune Lewton, „putem genera ipoteze mult mai bune despre modul în care anatomia este legată de funcție” și putem începe să ne imaginăm, cu fidelitate, viețile pline și animate trăite de creaturile cărora le-au fosilizat oasele au aparținut cândva.

O scanare cu laser a șoldului uman dezvăluie o anatomie detaliată a suprafeței osoase. Foto curtea lui Kristi L. Lewton

„Am fost mereu interesat de fosile, de când eram un copil mic,” spune Lewton. Când avea doar cinci ani, a început să se ofere voluntar o dată pe săptămână la Muzeul de Istorie Naturală din San Diego. „Am merge în culise și am lucra cu unul dintre curatori și am curăța fosilele - cochilii mici și lucruri - cu pioane și perii”, își amintește Lewton. „Mama a crezut că este foarte plictisitor și a continuat să creadă că mă voi plictisi de asta - dar nu m-am plictisit niciodată de asta”. La vârsta de nouă ani, Lewton absolvise de la scoici la oase de dinozaur și petrecea zile la rând parcurgând fosile ca o carieră din Montana, ca parte a unui program pentru copii sponsorizat de Muzeul Stâncilor. În liceu, Lewton a început să caute o conexiune umană mai profundă cu munca ei. Ea a dat jos dino-urile și a început paleoantropologia, studiul strămoșilor umani.

Toate acestea au adus-o în pelvis: „M-am interesat întotdeauna de originile bipedalismului: de ce am devenit bipedali și când am devenit bipedali?” Deoarece pelvisul conectează picioarele la restul corpului și transmite toate forțele întâlnite în timpul locomoției, „aceasta pare a fi o structură care ar putea fi foarte informativă pentru a afla aceste relații între anatomie și funcție și, în cele din urmă, pentru a reconstitui comportamentul înregistrări fosile. ”

Deci, ce poți învăța dintr-un bazin? Dacă ești Christy Lewton, ai putea să afli ceva nou despre ceea ce ne face oameni.