旋转的肩膀和伸展的肘部使人类能够够到高架子或与朋友扔球，这可能最初是作为一种自然制动系统进化而来的，因为我们的灵长类祖先只是需要在不死亡的情况下从树上下来。
达特茅斯学院的研究人员报告说，猿类和早期人类可能进化出了自由活动的肩膀和灵活的肘部，以减缓他们在重力作用下从树上掉下来的速度。这篇题为“下爬和猿前肢形态的进化”的论文发表在《皇家学会开放科学》杂志上。
研究人员说，当早期人类离开森林来到草原时，他们的多功能附属物对于收集食物和部署狩猎和防御工具至关重要。
研究人员使用运动分析和统计软件来比较他们拍摄的黑猩猩和被称为白眉猴的小猴子在野外攀登的视频和静止帧。
他们发现，黑猩猩和白眉猴爬上树的方式相似，肩膀和肘部大多弯曲，接近身体。然而，当黑猩猩往下爬的时候，它们会把手臂伸到头顶上抓住树枝，就像一个人下梯子一样，因为它们的体重更大，所以它们的臀部会先往下拉。
该研究的第一作者、达特茅斯学院生态、进化、环境和社会项目的研究生卢克·范宁(Luke Fannin)说，这些发现是首批确定“向下攀登”在类人猿和早期人类进化中的重要性的研究之一，这两种动物在基因上的关系比它们与猴子的关系更密切。
范宁说，现有的研究已经观察到黑猩猩爬树和导航——通常是在实验装置中——但研究人员从野外拍摄的大量视频使他们能够研究动物的身体是如何适应爬树的。
范宁说:“我们的研究提出了一个观点，即下行攀登是猴子和猿之间的解剖差异中一个被低估的，但却非常重要的因素，这种差异最终会在人类身上体现出来。”“考虑到猿类和早期人类的体型，下山对身体构成了巨大的挑战，他们的形态可能会通过自然选择做出反应，因为有摔倒的风险。”
“我们的研究领域长期以来一直在考虑猿类爬树的问题，但文献中基本上没有关注它们从树上爬出来的问题。我们一直忽视了这种行为的后半部分，”该研究的合著者、达特茅斯人类学教授兼主席杰里米·德西尔瓦说。
DeSilva说:“第一批猿类是在2000万年前的分散森林中进化而来的，它们会爬上一棵树去获取食物，然后再爬下来到下一棵树上。”
“从树上爬出来会带来各种各样的新挑战。大猿不能摔倒，因为它可能会杀死或严重伤害它们。自然选择会偏爱那些能让它们安全降落的解剖结构。”
德西尔瓦说，从猿祖先那里遗传下来的灵活的肩膀和肘部可能使南方古猿等早期人类能够在夜间安全地爬树，并在白天毫发无损地下来。
一旦直立人可以用火来保护自己免受夜间捕食者的攻击，人类的肩膀就变得更宽，可以成90度角，再加上自由活动的肩膀和肘部，使我们的祖先用矛射击的能力很强(猿类不能准确投掷)。
“这是相同的早期猿类解剖结构，只是做了一些调整。现在你有了一种可以扔矛或石头来保护自己不被吃掉或杀死东西吃自己的东西。这就是进化的作用——它是一个伟大的修补匠，”德西尔瓦说。
“从树上爬下来为数百万年后进化的东西奠定了解剖学基础，”他说。“当NFL四分卫扔足球时，这个动作都要归功于我们的猿类祖先。”
范宁说，尽管黑猩猩缺乏优雅，但它们的手臂已经适应了，可以确保它们安全到达地面，而且它们的四肢与现代人类非常相似。
范宁说:“这是我们来自的模板——向下迁徙对我们的早期祖先来说可能也是一个更大的挑战。”“即使人类变得直立，有了上升和下降的能力，树木对安全和营养也非常有用，这是生存的关键。我们被改造了，但我们猿类祖先的特征仍然存在于我们的现代骨骼中。”
研究人员还分别利用哈佛大学和俄亥俄州立大学收集的骨骼研究了黑猩猩和白眉猴手臂的解剖结构。范宁说，和人类一样，黑猩猩有一个较浅的球窝肩，虽然更容易脱臼，但可以进行更大范围的活动。和人类一样，黑猩猩可以完全伸展手臂，这要归功于肘部后面被称为鹰嘴突的骨头长度的缩短。
白眉猴和其他猴子的身体构造更像猫和狗等四足动物，它们有梨形的深肩关节，肘部有突出的鹰嘴，使关节看起来像字母l。虽然这些关节更稳定，但它们的灵活性和活动范围更有限。
研究人员的分析表明，黑猩猩的肩膀在下降时的角度比上升时大14度。当他们从树上下来时，他们的手臂在肘部向外伸展34度，而不是上升。白眉鸟在爬树和下树时，肩膀和肘部的角度只有轻微的不同——4度或更小。
“如果猫会说话，它们会告诉你爬下来比爬上去更棘手，许多人类攀岩者也会同意这一点。”但问题是为什么这么难，”该研究的合著者、查尔斯·汉森人类学教授、范宁的顾问纳撒尼尔·多米尼说。
多米尼说:“原因是你不仅要抵抗重力，还要减速。”“我们的研究对于解决野生灵长类动物如何上下爬行的正式测量的理论问题很重要。我们发现了猴子和黑猩猩之间的重要差异，这可能解释了为什么猿的肩膀和肘部进化得更灵活。”
共同作者玛丽·乔伊(Mary Joy)与范宁(Fannin)一起领导了这项研究，并于2021年毕业于达特茅斯学院(Dartmouth)。她在回顾德西尔瓦拍摄的黑猩猩视频时，注意到这些动物下树的方式与上树的方式不同。
“飞机非常不稳定，坠毁了，所有东西都在飞。这是一个非常可控的下降，”乔伊说。“最后，我们得出结论，黑猩猩从树上下来的方式可能与体重有关。更大的动量可能消耗更少的能量，与进行小的、受限的运动相比，它们更有可能安全到达地面。”
但作为一名越野跑运动员，乔伊知道在短时间内缓慢地沿着斜坡向下跑是一种痛苦的感觉，而不是在重力的牵引下沿着小路狂奔，她的腿向前伸，在每一步结束时抓住她。
“当我下坡时，我走得越慢，限制我的运动，我就越疲劳。它很快就赶上了我。没有人会认为黑猩猩从树上爬下来的速度和放弃会是更重的灵长类动物的首选方法，但我的经验告诉我，这更节能，”她说。
“人类的运动是进化妥协的杰作，”乔伊说。“从类人猿开始的这种活动范围的增加最终对我们很有好处。失去它的好处是什么?如果进化选择了活动度较小的人，那又会带来什么优势呢?我看不出失去它有什么好处。”
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