Martin Hora: Lucy změnila náš pohled na evoluci

Když se antropologové dívají do pradávné minulosti a studují lidskou evoluci, přináší to odpovědi i na aktuální otázky současného člověka. Proč se dnes u starých lidí tak rozvíjí osteoporóza či kardiovaskulární onemocnění nebo proč lidé s větší svalovou hmotou úspěšněji čelí nemoci covid-19? Za vším se skrývá pohyb a jeho role v evoluci člověka, upozorňuje Martin Hora z Přírodovědecké fakulty UK.

Proč antropology zajímá pohyb člověka a jeho předchůdců?

Pohyb je zajímavý tím, že říká mnohé o ekologii daného druhu, o tom, jak interaguje se svým prostředím nebo jaké zdroje potravy může v prostředí získávat. Může nám ledacos říct i o tom, proč naše tělo vypadá tak, jak vypadá.

Znalost toho, na jakou míru pohybu jsme adaptováni, nám může pomoci v prevenci onemocnění z nesouladu, tedy předcházet vzniku civilizačních onemocnění, kterými dnes trpí velká část populace v blahobytných společnostech, jako je ta naše. Studium pohybu tedy nepřináší zajímavé informace jenom nám odborníkům, ale může mít i praktické dopady pro současné lidi.

Jak z kosterních nálezů dokážete vyčíst způsob pohybu člověka a jeho předchůdců?

Kosti jsou úžasné v tom, že se přizpůsobují zátěži, které je jedinec nebo prostředí vystavuje. Z tvaru kosti můžeme odvozovat, jak byla daná kost zatěžovaná nebo jaký rozsah pohybu v daném kloubu jedinec měl. Díváme se i na místa, kde začínají nebo se upínají svaly. To vše nám naznačuje, jakým způsobem se jedinec pohyboval nebo dokázal pohybovat. Při studiu starších kosterních nálezů používáme i srovnávací materiál, například kosti našich příbuzných primátů, jejichž repertoár pohybu známe.

Stále víc se pro rekonstrukci pohybu využívá biomechanické modelování a simulace, kdy vymodelujeme potřebnou kost a potom na ni působíme silami a díváme se, jak se zátěž projevuje v jejích různých částech. Jsme už schopni modelovat i celou kostru některých druhů a simulovat jejich pohyb. Nedávno se to využilo například v případě hominina druhu Australopithecus afarensis nebo pro neandrtálce. Na základě takových simulací můžeme odvozovat například, jakou rychlostí dokázali běžet, což nám zase může napovědět něco o jejich ekologii, chování a životě.

Co vedlo homininy k bipedii, tedy k pohybu po zadních dvou končetinách? Proč se to v evoluci vůbec objevilo?

Na tuto otázku odpověď neznáme a možná ani nikdy znát nebudeme. Hypotéz je ale ohromná řada. Možná to byla kombinace více faktorů. Víme třeba, že bipedie určitě nevznikla proto, aby byli homininé rychlejší, protože pohyb po dvou je pomalejší než po čtyřech. Víme také, že bipedie nevznikla kvůli ušetření energie. Experimenty se šimpanzi a malpami ukazují, že kvadrupedie, tedy chůze po čtyřech, je energeticky stejně náročná jako bipedie.

Bipedie má nicméně i své výhody. Výhodné je pohybovat se bipedně v otevřeném prostoru, kde vystavujeme menší část povrchu těla slunečnímu záření. Zároveň tím vystavujeme větší povrch těla vzdušnému proudění, což nám pomáhá se ochlazovat. Bipedie tudíž mohla přispět k využívání otevřené krajiny během dne, kdy je menší riziko v ní potkat predátora.

Bipedie je výhodná také třeba k přenášení potravy – díky volným horním končetinám toho jedinec více odnese. Například šimpanzi bipedii využívají nejčastěji v prostředí, kde mají omezené zdroje potravy – třeba tam, kde je velká kompetice a kdy je žádoucí si potravu odnést někam dál od svých konkurentů. I to je jedna z mnoha hypotéz vzniku bipedie.

Propsala se bipedie nějak i do vytrvalosti předchůdců současného člověka?

Bipedie pravděpodobně vytrvalost našich předků spíše snížila, protože najednou neměli k dispozici čtyři končetiny, ale jenom dvě, což znamená méně svalové hmoty, kterou mohli k pohybu využívat. Ke svalové únavě by kvůli tomu došlo dříve. Vytrvalost, tedy alespoň zpočátku naší evoluční historie, zřejmě nebyla pro homininy důležitá. Její význam narůstá až s časnými zástupci rodu Homo. Výraznější musela být u Homo erectus, u něj už pozorujeme znaky svědčící o schopnosti překonávat delší vzdálenosti a pravděpodobně i vyššími rychlostmi, a to nejen pomocí chůze, ale i běhu. Význam vytrvalosti a běhu narůstá tedy až zhruba před dvěma miliony let.

Proč se vytrvalost a běh objevuje právě u druhu Homo erectus?

Zdá se, že to bylo kvůli živočišným zdrojům potravy. Podle jedné hypotézy běh využíval proto, aby se dostal k mršině v otevřené krajině dřív než jiní predátoři nebo dřív, než ji predátoři zkonzumují.

Další hypotézou je, že využíval vytrvalostní běh k vlastním lovu, pronásledoval svou kořist tak dlouho, dokud ji neuštval. Díky tomu by pak nepotřeboval ani žádné sofistikované zbraně.

Jak se proměňuje s bipedií kostra homininů?

Přechod k bipedii ovlivnil většinu našeho pohybového aparátu od dolních končetin přes trup až po hlavu. Na dolní končetině jsou změny nejnápadnější. Můžeme pozorovat třeba přimknutí palce k ostatním prstům nohy, čímž došlo ke ztrátě opozice palce u nohy. Vidíme změnu orientace kloubních ploch na holenní kosti, stehenní kost je najednou postavená v těle šikmo, nikoliv vertikálně jako u jiných lidoopů. Zásadní změny vidíme ve tvaru pánve, která se zkracuje a rozšiřuje. Můžeme pozorovat třeba i lordózu v oblasti bederní páteře.

A máme doklady posunutí týlního otvoru z pozice vzadu, typické pro čtyřnožce, do pozice na kraniální bázi dole a více vpředu, aby nám hlava mohla balancovat na vzpřímené páteři. Jedinou oblastí, kde nevidíme dopad bipedie, je horní končetina.

Zvětšoval se nejdřív mozek a pak začali homininé chodit po zadních končetinách, nebo to bylo naopak?

Máme evidenci o tom, že homininé se pohybovali jednoznačně nejdříve bipedně, měli tedy všechny znaky, o kterých jsme hovořili na dolní končetině, přesto velikost jejich mozku odpovídala současným šimpanzům. V bipední podobě s malým mozkem prosperovali po miliony let. Bipedie a encefalizace (zvětšování mozku, pozn. red.) spolu nesouvisí. V této otázce hrálo důležitou roli nalezení fosilie druhu Australopithecus afarensis v Etiopii, tedy slavné Lucy.

Národní muzeum na konci srpna otevřelo novou expozici věnovanou evoluci člověka, kde je vystaven i hyperrealisticky model tzv. Lucy.

Proč nalezení této fosilie vyvolalo takovou pozornost?

V době svého nálezu to byla jedna z nejstarších fosilií hominina, která kdy byla objevena. Navíc se jednalo o mimořádně zachovalé ostatky, dochovalo se asi 40 procent kostry. Do té doby se našly vždy například jen kusy lebky. Tentokrát se však objevily části lebky a zároveň i postkraniální kostra, takže jsme si najednou mohli dát dohromady informace o velikosti mozkovny a stavbě těla, konečně jsme se podívali na proporce končetin, například na délku horní končetiny oproti dolní.

To přineslo obrovské změny v přemýšlení o evoluci. Do té doby se předpokládalo, že evoluce člověka byla vlastně jednoduchá, lineární, graduální – že tedy vedla od něčeho primitivního k něčemu perfektnímu, čímž se myslel Homo sapiens. Teď se najednou ukázalo, že tak jednoduché to nebylo a že právě třeba k bipedii došlo mnohem dříve než k encefalizaci. Dolní končetiny byly přizpůsobené k bipedii, ale zároveň horní končetiny vypadaly téměř jako u současného lidoopa. Nález Lucy vyvolal celou řadu otázek, nových směrů myšlení a velké diskuze.

Člověk a jeho předchůdci byli po miliony let nuceni intenzivně se pohybovat, aby se dostali k potravě. V porovnání s tím musí současný člověk v bohatých částech světa vynaložit minimum úsilí. Jaký to má dopad na člověka?

Pohyb potřebujeme k tomu, aby naše fyziologické systémy pracovaly optimálně. S nárůstem pohybu budou zvětšovat svoji kapacitu, což platí obzvlášť během růstu a vývoje, kdy díky pohybu získáme pevnější kosti, více svalové hmoty, větší srdce a plíce, lépe se nám prokrví svaly, což nám umožní zlepšit výkon. Naopak bez pohybu náš organismus tuto kapacitu nevyvine nebo zmenší, aby zbytečně nevydával energii na její udržení. Tím, že poslední dva miliony let byl pohyb pevnou součástí naší obživy, tak se zdá, že i naše fyziologické systémy určitou míru pohybu potřebují.

Když si nevybudujeme pohybem dostatečnou kapacitu, tak nám během stárnutí, kdy dochází k poklesu fyziologických funkcí našeho organismu, hrozí větší riziko rozvoje osteoporózy a celé řady onemocnění rozšířených v blahobytných společnostech, mnohdy souvisejících se svalovou hmotou, kam patří i riziko rozvoje nadváhy. Ukazuje se, že svalová hmota má význam třeba i při infekčních onemocněních, například prognóza pacientů s covidem-19 byla nadějnější pro ty, kteří měli svalové hmoty více. S nedostatkem pohybu souvisí také rozvoj kardiovaskulárních onemocnění. Nedostatek pohybu nás predisponuje k většímu riziku onemocnět. Aktivní pohyb může být prevencí, jak tahle rizika minimalizovat.

Vycházíte z tohoto poznání i sám u sebe? Věnujete se aktivně nějakému sportu nebo pohybové aktivitě?

Radši chodím a využívám veřejné dopravy, než abych někam přejížděl autem. Pravidelně běhám. Snažím se udržovat svoje fyziologické systémy na rozumné kapacitě, abych mohl stárnout zdravě.

Antropologové, kteří studují evoluci člověka, přemýšlejí v řádech milionů let, sedavý způsob života typický pro současnost je ale otázkou desítek let. Jak dlouho by taková etapa musela trvat, aby proměnila podobu člověka jako druhu? Jaké změny bychom mohli očekávat?

Na úrovni jedince se neaktivita nebo snížená míra pohybu promítne velice rychle, tedy už v rámci jeho života. Pokud bychom přemýšleli o změnách během generací, na úrovni druhu, mohli bychom spekulovat o snížení významu pohybu pro náš organismus.

Experimentální evidence ukazuje, že hlodavci šlechtění k dobrovolnému běhu, nebo přímo pro vysokou aerobní kapacitu, se stávají vůči pohybu více plastičtí – například velikost srdce nebo plic je u nich více ovlivněna tím, jak se během života hýbají. Otázkou je, jestli by to fungovalo i opačně, tedy kdybychom po generace byli neaktivní, zda by se naše plasticita snížila, a díky tomu by nám pak už neaktivita nezvyšovala riziko rozvoje nemocí.

Studujete miliony let staré kosterní ostatky nevyčíslitelné hodnoty. Jaký přístup jako vědci máte k takovým vzácným studijním materiálům?

Některé fosilie jsou relativně snadno dostupné, napíšete do muzea nebo tam, kde jsou uložené, a oni vám je rádi poskytnou ke studiu a k různým měřením. Stále více se ale postupuje tak, že se fosilie naskenují a vy pracujete jen s virtuálními 3D modely, aby se povrch fosilií zbytečně neničil. Je ale také řada fosilií, které má někdo zavřené doslova v trezoru a nikoho k nim nepustí. A pak jsou fosilie, o kterých ani nevíme, kde jsou a v jakém stavu. Vyšla o nich třeba jedna studie a pak zmizely.

Fosilie obvykle nebývají nikde dlouhodobě vystaveny, ukládají se v nějakém temném chladném prostoru, aby se déle zachovaly. Například Lucy byla dosud vystavena mimo Etiopii jen během jednoho výstavního turné po USA.

Mimořádně vzácná fosilie tzv. Lucy bude vystavena v Národním muzeu do 23. října.

Na co konkrétně se nyní zaměřujete ve svém výzkumu?

Zajímá mě vytrvalostní lov, jeho význam v evoluci člověka a dopady na to, jak naše tělo vypadá dnes. Využíváme modelování výměny tepla mezi lidským tělem, tělem živočichů a okolním prostředím. Odhadujeme pak, s jakou teplotní zátěží se musí organismus vyrovnávat při vytrvalostním lovu, nebo zjišťujeme, kolik vody přitom člověk ztrácí a zda tedy naši předci museli nosit s sebou vodu, nebo vydrželi lov bez vody.

Zajímá nás také, zda je možné vytrvalostní lov úspěšně provést, aniž by člověk musel běžet. Běh je v etnografiích důležitou součástí vytrvalostního lovu, popsáno je jen velmi málo lovů bez využití běhu. Naše simulace ale naznačují, že by to mělo být možné. Současný člověk je v běhu velmi schopný a využívá ho, protože to zvyšuje jeho šanci na úspěch. Ale homininé nebyli vždy tak dobře adaptovaní k běhu, a mohli teoreticky k vytrvalostnímu lovu využívat pouhou chůzi.

Kromě modelování provádíme i experimenty, kdy necháváme dobrovolníky, většinou amatérské běžce, běhat u nás v laboratoři na běžeckém páse nebo na atletických oválech v různých podmínkách (sluneční záření, teplota) a zkoumáme, co se děje s jejich termoregulací.

Zajímá nás i zátěž kostí. Když pochopíme, jaké kosti a jakým způsobem jsou zatěžovány při chůzi nebo při běhu při různých rychlostech, může nám to umožnit rekonstruovat pohyb u některého z homininů. Vedle vytrvalostního lovu nás ale zajímají i jiné způsoby lovu. Věnovali jsme se třeba přikrčené chůzi, kterou využívají lovci snažící se dostat ke kořisti co nejblíž, například při lovu lukem a šípem. Přikrčená chůze má význam i v přechodu k bipedii. Současní šimpanzi nebo gorily při bipední lokomoci také často používají přikrčenou chůzi. Klademe si otázku, zda se takto mohli pohybovat i první homininé. Studujeme, jaké svaly jsou při takovém způsobu chůze zapojovány, jak energeticky je to náročné a zda bychom takovou aktivitu byli schopni poznat z nějakého fosilního materiálu.

Pohyb vám zkrátka nedá spát…

Pohyb je termín, který zastřešuje veškerý můj výzkum, ale nevěnujeme se jenom pohybu z místa na místo, ale i pohybu horních končetin, které využíváme při celé řadě aktivit spojených s obživou. Nedávno jsme například řešili střelbu z luku, tedy jak jsou zatěžovány svaly a pažní kosti při této aktivitě.

Velké téma, kterému se dlouhodobě věnujeme, je mletí obilí. Vypadá to jako drobnost, ale mletí obilí je velmi zásadní z hlediska časové a energetické investice ženy v celé řadě společností zemědělců a pastevců.

Nedávno nám vyšel článek, ve kterém srovnáváme energetický výdej při mletí na jednoduchém mlýnku, takzvané zrnotěrce, kde se drží kámen oběma rukama a jak jím člověk tře, drtí zrno na stacionárním kameni. Srovnávali jsme to s rotačním mlýnkem. Dospěli jsme k závěru, že rotační mlýnek je intenzivnější aktivita, na jednotku času člověk vydá víc energie, ale mletí je rychlejší, takže v důsledku rotační mlýnek energii šetří. Úspora je to poměrně značná, na úrovni úspor spojovaných s přechodem od lovectví a sběračství k zemědělství. Ženám najednou zbývalo víc energie pro reprodukci. Technologická inovace, tedy zavedení rotačního mlýnku v době železné, tak mohla mít zásadní dopad na demografii člověka. Pořád jsme u pohybu, jenom z trochu jiného úhlu pohledu.