[国际新闻] 人类直立行走为节省能量？

07年07月17日

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【本报编译巴斯闻7月16日报道】据美联社报道，为什么人类会进化成为直立行走？也许原因非常简单。用科学的术语来说，直立行走可以在“能量消耗上较为节省”。

双脚行走是定义人类的一个特征。科学家们多年来一直在辩论为什么会出现双脚行走的现象。在科学家所作的最新的研究中，研究人员训练5只黑猩猩，让他们戴着面罩在踏板车上行走，戴面罩是为了测试黑猩猩的氧气消耗量。

  黑猩猩在直立行走或四肢及指/趾关节行走时的氧耗量都被记录下来。对黑猩猩行走所需能量的测量与人身上所做的相似的测量进行了比较，其结果发表在本周的线上版的国家科学院学报（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。
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结果发现，人用下肢行走所消耗的能量是黑猩猩四肢行走时的1/4。而对黑猩猩来说，他们用2条腿走路和用四肢走路所消耗的能量几乎一样多。. k. }7 z5 h4 D: F! p2 y0 ~# t
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  但是，在黑猩猩间，它们的能耗也有差异，但是这些差异和他们采取何种步态及解剖结构有相关性。csuchen.de3 E. h% M$ F$ A0 h+ V9 b

  从事该研究的是亚利桑那大学的人类学助理教授莱齐兰。 0 C5 q& I* d. v+ G; T6 L

  莱齐兰说，如果某个个体在走路、猎取动物的时候可以节省能耗，并将省下的能量用于繁殖活动上，那么这一个体将会进化成为一个新的物种。6 S: d# B& {0 c: c) R: z

莱齐兰说，人类用2条腿来走路使得我们的上肢被解放了出来，这也打开了人类操纵这一世界的大门。他说：“我们认为进化成双脚走路是原始人类朝现代人进化的第一步。”

  莱齐兰的研究是对人类直立行走所做的最新解释。以前的解释包括：需要用上肢来收集更多的食物，需要用上肢将食物交到配偶和子孙那里，以及让身体变得得更高以便在微风中加快散热。

  该研究是由国家科学基金会及L. S. B. Leakey基金会所资助的。人在德国社区) }) a6 U5 ?  C* _+ [* Y2 t

Experiment: Auf dem Laufband traten Menschen gegen Schimpansen im aufrechten Gang (Mitte) und auf allen Vieren (links) an, ...csuchen.de7 K, `: v) U" |: q9 r, o

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Vierbeiner-Gang: Die fünf Schimpansen in dem Versuch erzielten ganz unterschiedliche Werte. Zwei benötigten mehr Energie für das Gehen auf zwei Beinen, bei zwei waren die Werte in etwa gleich und einer verbrauchte zweibeinig weniger, ...8 r2 \( X4 ]& z. ?* u4 c# U0 K

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... aber im Durchschnitt war die Fortbewegung der Affen viel ineffizienter als jene der Menschen. Die verbrauchten im Vergleich zu ihren Verwandten 75 Prozent weniger Energie' `; z. U% R; S- X% q

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AUFRECHTER GANG
Affen sind Energie-Verschwender/ v- L) |+ t! B) f5 z7 v9 }
Der Mensch ist ein Energiewunder - zumindest beim Gehen. Im Vergleich zum Schimpansen spart er bis zu 75 Prozent der Fortbewegungsenergie ein - egal ob Affen auf allen Vieren oder nur auf den Hinterpfoten unterwegs sind. Die Effizienz hat allerdings ihren Preis: gelegentliche Rückenschmerzen.
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Charles Darwin hingegen hielt den Gang auf zwei Beinen geradezu für essentiell in der Evolution. Er war womöglich auch ein Vorteil beim eher kühlen, trockenen Klima der damaligen Erdzeit. Andererseits ist er schlecht beleumundet, führt doch die fortgesetzte widernatürliche Körperhaltung des ehemals rund gebogenen Rückgrats zu allerlei Rückenschmerzen.

Doch auf den zweiten Blick könnten Vierbeiner durchaus neidisch auf Zweibeiner sein. Denn im Experiment von Michael Sockol von der University of California zeigte sich jetzt: Ein Mensch benötigt für die Fortbewegung nur ein Viertel der Energie, die ein Schimpanse aufwenden muss. Und diesen evolutionären Vorteil brachte uns wohl einzig und allein der aufrechte Gang ein.
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Fünf Schimpansen im Alter von 6 bis 33 Jahren mussten in Davis gegen vier erwachsene Homo sapiens antreten - auf dem Laufband. Vorher waren die Affen vier Monate lang auf dem Fitnessgerät trainiert worden, denn im Gegensatz zum Menschen mussten sie zwei sehr unterschiedliche Fitnessübungen verrichten: den zweibeinigen Gang und die Fortbewegung auf allen Vieren.人在德国社区; S. H" k1 S# {7 M' _) g

Die Forscher bestimmten dabei die Muskelaktivität, den Sauerstoffverbrauch, die auf den Boden wirkende Kraft und die Zeitspanne, während der die Füße der Tiere den Boden berührten. Die Mittelwerte wurden mit jenen der menschlichen Probanden verglichen. In der Wissenschaftszeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences" berichten Sockol und seine Kollegen nun: Menschen verbrauchen beim Laufen 75 Prozent weniger Energie als Schimpansen - egal, ob diese auf zwei oder auf vier Beinen gehen.

Energie-Überschlag aus Schrittlänge und Muskelmasse . u2 K& r0 d9 a& o  m) F* A6 K( m
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Allerdings gab es große individuelle Unterschiede zwischen den Tieren: Zwei von ihnen benötigten mehr Energie für das Gehen auf zwei Beinen als auf vieren, bei zwei waren die Werte in etwa gleich und einer verbrauchte zweibeinig weniger. "Diese Ergebnisse zeigen, wie leichte kinematische Veränderungen zu einer großen Variation der Bewegungskosten führen", folgern die Wissenschaftler.5 r9 r8 H/ `9 H7 s
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Zwei Hauptfaktoren bestimmen den Energieverbrauch, fanden sie heraus: die Schrittlänge und die aktive Muskelmasse. Je kürzer die Schritte und je mehr Muskelmasse für das Gehen benötigt wurde, desto energieaufwendiger war es. Dem Menschen kommen vor allem seine langen Beine und sein günstiger Schwerpunkt zugute: Er liegt genau über Hüfte und Knie, so dass hauptsächlich die kurzen Muskeln an den Knöcheln für das Gehen benötigt werden. Der Schimpanse mit seinem vor der Hüfte liegenden Schwerpunkt muss hingegen die großen Oberschenkelmuskeln aktivieren und verbraucht so mehr Energie.人在德国社区: o0 }6 t$ T: b% {9 E. n" ]
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Im Hinblick auf die Evolution des aufrechten Ganges seien besonders die individuellen Unterschiede zwischen den Schimpansen interessant, schreiben die Forscher: Sie zeigten, dass schon kleine Veränderungen einen großen Effekt haben können. So machte der Schimpanse mit dem günstigen Energieverbrauch auf zwei Beinen lediglich längere Schritte als seine Artgenossen. Möglicherweise gab es solche Abweichungen auch bei den letzten gemeinsamen Vorfahren von Mensch und Menschenaffen, spekulieren die Forscher. "Unsere Ergebnisse stützen die Hypothese, dass die Energetik eine wichtige Rolle in der Evolution zum aufrechten Gang gespielt hat."
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Wer damals etwa bei der Nahrungssuche weniger Energie verbrauchte, hatte Vorteile den anderen gegenüber, so dass sich diese Eigenart mit der Zeit durchgesetzt haben könnte. Die Wissenschaftler wollen nun anhand von Fossilien früher Menschen prüfen, ob deren Körperbau bereits entsprechende Veränderungen aufwies - die letztlich wohl zu gelegentlichen Rückenschmerzen als auch zu Energiesparen führte.

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