電腦模擬揭示人類祖先跑得不快也不遠
生活在300多萬年前的小型古人類阿法南方古猿(Australopithecus afarensis),其跑步能力遠遜於現代人。美國杜克大學的研究人員透過3D電腦模擬發現,這種早期人類親緣物種雖然像現代人一樣用雙腿行走,但在速度和耐力上都存在顯著差距。
模擬詳細展示了古人類的跑步速度和肌肉適應特性,這些特性是現代人能夠進行長距離奔跑的關鍵。研究結果已發表在最新一期的《當代生物學》(Current Biology)期刊。
研究人員利用先進技術製作了「露西(Lucy)」骨架的3D數位模型。露西是半個世紀前在衣索比亞發現的、幾乎完整的阿法南方古猿標本,距今約320萬年。他們結合現代猿類的肌肉特徵與露西骨骼的表面積,估算出古人類的肌肉質量,並通過模擬器“讓露西跑步”,將其表現與現代人類的數字模型進行對比。
結果顯示,露西具備雙腿跑步的能力,但缺乏現代人耐力跑所需的延長跟腱和縮短肌肉纖維,即便研究人員用人類肌肉重塑模型,她的最大速度也僅為每秒5米,而現代人類模型則可達到每秒8公尺。即使剔除體型差異,露西的速度依然遜色,這顯示其身體比例是主要限制因素。
進一步的模擬也揭示了腳踝肌肉的關鍵作用。當研究人員為露西模型加入類似人類的腳踝肌肉時,其能量消耗與同等體型的動物相當;而使用猿類腳踝肌肉後,跑步變得更加費力。這顯示現代人的跟腱及週邊肌肉適應性為長時間跑步提供了顯著優勢。