การเปลี่ยนแปลงทางโครงกระดูกของมนุษย์เนื่องจากการเดินด้วยสองเท้า
วิวัฒนาการของการเดินด้วยสองเท้า (bipedalism) ในมนุษย์เริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 4 ล้านปีก่อน[1] ซึ่งนำมาสู่การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานของโครงกระดูกมนุษย์ รวมทั้งโครงสร้างและขนาดของเท้า ขนาดและรูปร่างของสะโพก ความยาวของขา และรูปร่างและทิศทางของกระดูกสันหลัง มีทฤษฎีต่าง ๆ หลายอย่างเกี่ยวกับเหตุทางวิวัฒนาการต่าง ๆ ที่ทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงเหล่านี้
เท้า
[แก้]เท้ามนุษย์ได้วิวัฒนาการมาเป็นโครงสร้างที่รับน้ำหนักกายทั้งหมด แทนที่จะเป็นอวัยวะใช้ในการจับ เช่นที่มีในบรรพบุรุษมนุษย์ยุคต้น ๆ ดังนั้น มนุษย์จึงมีนิ้วเท้าที่เล็กกว่าบรรพบุรุษที่เดินด้วยสองเท้า รวมทั้งนิ้วหัวแม่เท้าที่งอจรดกับนิ้วอื่นไม่ได้ (non-opposable) และเปลี่ยนเป็นยืดไปทางเดียวกันกับนิ้วอื่น ๆ[2] นอกจากนั้นแล้ว เท้ามนุษย์ยังมีส่วนโค้ง (arch) แทนที่จะเป็นเท้าเรียบแบน[2] เมื่อลิงใหญ่ที่ไม่ใช่มนุษย์เดินด้วยสองเท้า จะมีการสื่อน้ำหนักจากส้นเท้าไปตามขอบนอกของเท้า ไปยังนิ้วเท้ากลาง ในขณะที่เท้ามนุษย์มีการสื่อน้ำหนักจากส้นเท้าไปตามขอบนอกของเท้า ผ่านอุ้งเท้า ไปยังนิ้วหัวแม่เท้า การสื่อน้ำหนักเช่นนี้มีผลเป็นการประหยัดพลังงานในระหว่างการเดิน[1][3]
สะโพก
[แก้]
ข้อต่อสะโพกของมนุษย์ปัจจุบันใหญ่กว่าในสปีชีส์บรรพบุรุษที่เดินด้วยสี่เท้า เพื่อที่จะรองรับอัตราส่วนน้ำหนักที่มากกว่า[2] และตัวสะโพกเองก็สั้นกว่า กว้างกว่า ความเปลี่ยนแปลงทางรูปร่างเช่นนี้ทำให้กระดูกสันหลังใกล้เข้ามากับข้อต่อสะโพกยิ่งขึ้น กลายเป็นฐานที่มีเสถียรภาพเพื่อรองรับลำตัวเมื่อเดินตัวตรง[5] นอกจากนั้นแล้ว เพราะการเดินด้วยสองเท้าทำให้จำเป็นที่จะต้องทรงตัวอยู่บนข้อต่อสะโพกซึ่งเป็นแบบเบ้า (ball and socket) ที่ค่อนข้างไม่มีเสถียรภาพ การมีกระดูกสันหลังใกล้กับข้อต่อทำให้สามารถใช้แรงกล้ามเนื้อน้อยลงในการทรงตัว[2] การเปลี่ยนแปลงทางรูปร่างของสะโพกลดระดับองศาที่สามารถยืดขาออกไปได้ ซึ่งเป็นการปรับตัวที่ช่วยรักษาพลังงาน[1][6] กระดูกปีกสะโพก (ilium) ก็สั้นลงและกว้างขึ้น และส่วนล้อมของกระดูกเชิงกรานก็เปลี่ยนไปหันเข้าข้าง ๆ ทั้งสองเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เพิ่มบริเวณสำหรับยึดของกล้ามเนื้อสะโพก ซึ่งช่วยดำรงเสถียรภาพของลำตัวเมื่อยืนบนขาเดียว[7]
เข่า
[แก้]
ข้อต่อหัวเข่ามนุษย์ก็ใหญ่ขึ้นโดยมีเหตุผลเดียวกันกับสะโพก ซึ่งก็คือเพื่อช่วยรับน้ำหนักในอัตราส่วนที่สูงขึ้น[2] ระดับการยืดแข้ง (knee extension) คือองศาระหว่างต้นขากับหน้าแข้งในระหว่างการเดิน ก็ลดลง รูปแบบการยืดแข้งในการเดินของมนุษย์มีช่วงยืดแข้งท้ายสุด ที่ต้องอาศัยการทำงานของเข่าทั้งสองข้างที่เรียกว่า "double knee action" หรือว่า "obligatory terminal rotation" การทำงานเยี่ยงนี้ลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการเคลื่อนขึ้นลงของศูนย์กลางมวล[1] มนุษย์เดินโดยมีเข่าตรงและมีต้นขาที่โค้งเข้าไปจนกระทั่งเข่าเกือบจะอยู่ใต้ร่างกายตรง ๆ แทนที่จะออกไปอยู่ข้าง ๆ ดังที่พบในสัตว์บรรพบุรุษ ท่าทางการเดินเช่นนี้ช่วยในการทรงตัว[2]
รยางค์ล่างและบน
[แก้]การมีขายาวขึ้นเริ่มต้นตั้งแต่วิวัฒนาการมาเดินด้วยสองเท้า ได้เปลี่ยนการทำงานของกล้ามเนื้อขาในการยืน ในมนุษย์ แรงยันไปข้างหน้ามาจากกล้ามเนื้อขาโดยดันที่ข้อเท้า ขาที่ยาวกว่าทำให้สามารถเหวี่ยงขาไปได้อย่างธรรมชาติ ดังนั้น เมื่อกำลังเดิน เราจะไม่ต้องใช้กล้ามเนื้อในการเหวี่ยงเท้าไปข้างหน้าสำหรับก้าวต่อไป[2] และเพราะไม่ต้องใช้รยางค์บนในการเดิน จึงสามารถใช้มือแขนในการหิ้ว ถือ และจับการควบคุมวัตถุในมือได้อย่างคล่องแคล่วแม่นยำ[8] แล้วจึงมีผลทำให้แขนสั้นลงเทียบกับตัวโดยเปรียบเทียบกับเอป[9] การมีขายาวและแขนสั้นช่วยให้สามารถเดินตัวตรงได้ เทียบกับลิงอุรังอุตังและชะนีซึ่งมีการปรับตัวให้มีแขนยาว เพื่อที่จะใช้โหนและเหวี่ยงตัวบนต้นไม้ได้[10] แม้ว่าเอปจะสามารถยืนด้วยสองเท้า แต่ก็ไม่สามารถยืนได้นาน ๆ เพราะว่า กระดูกต้นขาของเอปไม่ได้มีการปรับตัวเพื่อที่จะเดินด้วยสองเท้า คือเอปมีกระดูกต้นขาที่ตั้งตรง ในขณะที่มนุษย์มีกระดูกต้นขาที่โค้งเข้าไปด้านในจากสะโพกจนถึงเข่า ซึ่งเป็นการปรับตัวที่ทำให้เข่ามนุษย์ชิดกันมากขึ้น และอยู่ใต้ศูนย์กลางมวลของร่างกาย และช่วยให้มนุษย์สามารถล็อกหัวเข่าและยืนตรง ๆ ได้เป็นเวลานานโดยไม่ต้องใช้แรงจากกล้ามเนื้อมาก[11]
กะโหลกศีรษะ
[แก้]
กะโหลกศีรษะของมนุษย์ตั้งอย่างสมดุลอยู่บนกระดูกสันหลัง ช่องที่ไขสันหลังออกจากกะโหลก (foramen magnum) อยู่ข้างใต้กะโหลก ซึ่งทำให้น้ำหนักของศีรษะเยื้องไปทางด้านหลังของกระดูกสันหลัง นอกจากนั้นแล้ว ใบหน้าที่แบนช่วยทำให้เกิดความสมดุลที่ปุ่มกระดูกท้ายทอย ดังนั้น หัวจึงตั้งตรงได้โดยไม่ต้องมีสันเหนือเบ้าตา (supraorbital ridge) ที่ใหญ่และมีกล้ามเนื้อยึดที่แข็งแรง ดังที่พบในเอป ผลที่เกิดก็คือ กล้ามเนื้อหน้าผากของมนุษย์ใช้เพียงเพื่อการแสดงออกของสีหน้าเท่านั้น[8] (ไม่เหมือนกับเอปหรือบรรพบุรุษมนุษย์ที่ต้องใช้กล้ามเนื้อเดียวกันในการตั้งศีรษะให้ตรง)
กระดูกไขสันหลัง
[แก้]
กระดูกสันหลังของมนุษย์งอไปด้านหน้าข้างบน (lumbar region) และงอไปทางด้านหลังข้างล่าง (thoracic region) ถ้าไม่มีส่วนโค้งด้านบน กระดูกสันหลังก็จะต้องเอนไปข้างหน้าตลอดเวลา (เมื่อตัวตรง) ซึ่งต้องใช้แรงกล้ามเนื้อมากกว่าสำหรับสัตว์ที่เดินสองเท้า แต่เพราะว่ามีส่วนโค้งด้านบน มนุษย์ใช้แรงกล้ามเนื้อน้อยกว่าในการยืนและการเดินตัวตรง[5] ทั้งส่วนโค้งด้านบนและส่วนโค้งด้านล่างช่วยทำให้ศูนย์กลางมวลของมนุษย์ตั้งอยู่เหนือเท้าโดยตรง[2] นอกจากนั้นแล้ว การปรับร่างกายให้ตรงในช่วงการเดินจะมีน้อยกว่าซึ่งช่วยในการรักษาพลังงาน[1]
ปัญหา
[แก้]แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงมากมายเช่นนี้ ก็ยังมีลักษณะโครงกระดูกมนุษย์ที่ปรับตัวได้ไม่ดีเพื่อการเดินด้วยสองเท้า ทำให้เกิดผลลบที่พบทั่วไปในมนุษย์ปัจจุบัน หลังส่วนล่างและข้อเข่ามีปัญหามากมายเกี่ยวกับกระดูก โดยที่ความปวดหลังส่วนล่างเป็นเหตุสำคัญของการทำงานไม่ได้ ซึ่งเป็นเพราะว่าข้อกระดูกต้องรองรับน้ำหนักมากกว่า[12] มีหลักฐานว่าข้ออักเสบเป็นปัญหาที่เริ่มต้นตั้งแต่บรรพบุรุษมนุษย์เริ่มเดินด้วยสองเท้า คือ นักวิทยาศาสตร์ได้พบร่องรอยของโรคในข้อกระดูกสันหลังของกลุ่มมนุษย์ก่อนประวัติศาสตร์[12] นักวิชาการเชื่อว่า มีจุดจำกัดทางกายภาพที่ทำให้ไม่สามารถมีวิวัฒนาการเพิ่มขึ้นของข้อต่อเพื่อเพิ่มเสถียรภาพของอิริยาบถ และในขณะเดียวกันยังสามารถรักษาประสิทธิภาพของการเดินไว้ได้ด้วย[2]
อ้างอิง
[แก้]- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Kondō, Shirō (1985). Primate morphophysiology, locomotor analyses, and human bipedalism. Tokyo: University of Tokyo Press. ISBN 4-13-066093-4.[ต้องการเลขหน้า]
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Aiello, Leslie; Dean, Christopher (1990). An Introduction to Human Evolutionary Anatomy. Oxford: Elsevier Academic Press. ISBN 0-12-045591-9.
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)[ต้องการเลขหน้า] - ↑ Latimer B, Lovejoy CO (March 1989). "The calcaneus of Australopithecus afarensis and its implications for the evolution of bipedality". American Journal of Physical Anthropology. 78 (3): 369–386. doi:10.1002/ajpa.1330780306. PMID 2929741.
- ↑ Potts, Richard B. (2006), "Human Evolution", Microsoft Encarta 2006
- ↑ 5.0 5.1 Wang W, Crompton RH, Carey TS, Günther MM, Li Y, Savage R, Sellers WI (December 2004). "Comparison of inverse-dynamics musculo-skeletal models of AL 288-1 Australopithecus afarensis and KNM-WT 15000 Homo ergaster to modern humans, with implications for the evolution of bipedalism". Journal of Human Evolution. 47 (6): 453–478. doi:10.1016/j.jhevol.2004.08.007. PMID 15566947.
- ↑ Lovejoy CO (November 1988). "Evolution of human walking". Scientific American. 259 (5): 118–125. Bibcode:1988SciAm.259e.118L. doi:10.1038/scientificamerican1188-118. PMID 3212438.
- ↑ Wittman AB, Wall LL (November 2007). "The evolutionary origins of obstructed labor: bipedalism, encephalization, and the human obstetric dilemma". Obstetrical & Gynecological Survey. 62 (11): 739–748. doi:10.1097/01.ogx.0000286584.04310.5c. PMID 17925047.
- ↑ 8.0 8.1 Saladin, Kenneth S. (2003). 3rd (บ.ก.). Anatomy & Physiology: The Unity of Form and Function. McGraw-Hill. pp. 286–287. ISBN 0-07-110737-1.[ต้องการเลขหน้า]
- ↑ Ruff C (October 2003). "Ontogenetic adaptation to bipedalism: age changes in femoral to humeral length and strength proportions in humans, with a comparison to baboons". Journal of Human Evolution. 45 (4): 317–349. doi:10.1016/j.jhevol.2003.08.006. PMID 14585245.
- ↑ Thorpe SK, Holder RL, Crompton RH (June 2007). "Origin of human bipedalism as an adaptation for locomotion on flexible branches". Science. 316 (5829): 1328–1331. Bibcode:2007Sci...316.1328T. doi:10.1126/science.1140799. PMID 17540902.
- ↑ Saladin, Kenneth S (2010). "8". Anatomy & Physiology: the Unity of Form and Function (5 ed.). Dubuque: McGraw-Hill. pp. 281.
- ↑ 12.0 12.1 Koella, Jacob C; Stearns, Stephen K. (2008). Evolution in Health and Disease. Oxford University Press, USA. ISBN 0-19-920746-1.
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)[ต้องการเลขหน้า]
อ่านเพิ่ม
[แก้]- Grabowski MW, Polk JD, Roseman CC (May 2011). "Divergent patterns of integration and reduced constraint in the human hip and the origins of bipedalism". Evolution; International Journal of Organic Evolution. 65 (5): 1336–1356. doi:10.1111/j.1558-5646.2011.01226.x. PMID 21521191.
- Crompton RH, Sellers WI, Thorpe SK (October 2010). "Arboreality, terrestriality and bipedalism". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 365 (1556): 3301–3314. doi:10.1098/rstb.2010.0035. PMC 2981953. PMID 20855304.