Ihmiskeho on evolutiivista haitekia päästä varpaisiin. Kuva: Getty Images
Ihmiskeho on evolutiivista haitekia päästä varpaisiin. Kuva: Getty Images

Liikuntaelimistömme on sopeutunut tehokkaaseen matkan taittoon. Kykymme perustuu omalaatuisiin rakenteisiin, jotka kehittyivät esimuodoillemme vuosimiljoonien kuluessa.

 

Ihminen on kummajainen kaksijalkaisten nisäkkäiden keskuudessa. Siinä missä kengurut ja hyppyrotat tasapainottavat asentoaan paksulla hännällään ja liikkuvat lähinnä loikkien, me tasapainotamme itsemme kohtisuoraan asentoon alaraajojemme päälle.

Liikuntaelimistön evoluutiota ajaa liikkumistyylin tarkoituksenmukaisuus: tyylin on sovittava ympäristöön. Eläimen on päästävä ravinnon lähteille ja suojaan pedoilta, ja rakenteiden on säästettävä energiaa ja kestettävä rasitusta.

Kaikilla paljon liikkuvilla nisäkkäillä on sopeumia, jotka tukevat liikettä.

Luukudos kestää hyvin puristusvoimia ja iskuja. Nivelten rustot toimivat iskunvaimentimina ja yhdessä nivelnesteen kanssa vähentävät kitkaa nivelissä. Nivelten paikaltaan menoa estävät luita toisiinsa liittävät nivelsiteet. Ne ovat tarpeen, sillä laajasti liikkuvat nivelet joutuvat kovalle rasitukselle. Passiivista tukea nivelille antaa luiden niveltyvien päiden muoto. Esimerkiksi reisiluun pää istuu syvällä lonkkaluun muodostamassa kupissa.

Me ihmiset olemme kuitenkin liikkujina ihan omaa luokkaamme. Me kävelemme ja juoksemme pystyssä päin. Sitä eivät tee edes apinasukulaisemme. Nekin nousevat kahdelle jalalle vain satunnaisesti.

Tasapainoa päästä varpaisiin

Tasapaino pysyy yllä näön, tasapainoelimen ja asentotunnon avulla.

Sisäkorvassa sijaitseva tasapainoelin aistii kehon liikettä ja siinä tapahtuvia muutoksia. Asentotunto pohjautuu puolestaan jänteissä ja nivelsiteissä sijaitsevien, venytystä aistivien aistinelinten tuottamaan tietoon. Se kulkeutuu selän ja alaraajojen lihaksiin, jotka reflekseillään alati korjaavat tasapainoa.

Tällainen lihastyö vaatii kuitenkin energiaa, ja siksi meillä on passiivisia rakenteita, jotka auttavat tasapainon pitoa ja samalla säästävät energiaa.

Selkärangan mutkat lisäävät vakautta, ja suorin jaloin seisoessa polvet kiertyvät lukkoasentoon, mikä vähentää lihastyötä. Liikkeelle lähtöä varten on erityinen pikkulihas, popliteus, joka avaa lukon. Samankaltainen mutta monimutkaisempi lukkomekanismi on hevosen raajoissa. Hevonen pystyy sen avulla jopa nukkumaan seisaallaan.

Tasapainoapua löytyy myös jalkateristä: lyhyet varpaat palvelevat tätä tehtävää.

Vauhtia heilureista ja vietereistä

Kävelemään lähtiessään ihminen siirtyy heiluriliikkeeseen. Maassa oleva tukijalka toimii heilurin kantana, jonka yli koko vartalo heilahtaa. Eniten lihasenergiaa tarvitaan ponnistusvaiheessa. Kun tukijalka ponnistaa eteenpäin, se samalla työntää vartaloa vastakkaisen jalan yli.

Lihasenergiaa kuluu myös liikkeen säätelyyn. Sivuttaista horjahtelua estävät lähentämistä ja loitontamista säätelevät reisi- ja pakaralihakset ja jalkapohjan rakenteet. Vahvat nivelsiteet estävät polven sivusuuntaisen liikkeen. Kävely on meille melko energiatehokas tapa edetä.

Kävelyyn verrattuna juoksuasennon tasapainotus on vaikeampaa, mutta se onnistuu ylävartalon vapaan kierron ansiosta. Kun vasen jalka ponnistaa ilmaan, hartia kaartuu vasemmalle ja estää kehon kaatumisen oikealle. Pää ja niska pysyvät kuitenkin suorassa.

Lihasenergiaa tarvitaan juostessa enemmän kuin kävellessä, koska juostessa ponnistus tapahtuu suoraan painovoimaa vastaan ylöspäin. Energiankulutusta vähentävät kuitenkin jänteet ja nivelsiteet, jotka toimivat kuin jouset. Samalla kun ne vaimentavat niveliin ja luihin kohdistuvia iskuja, ne varastoivat energiaa, joka vapautuu askeleen lopussa. Näin juoksijan jalat toimivat hiukan hyppykepin tavoin.

Tärkein liikkeen iskunvaimennin ja elastinen energiavarasto ovat jalkapohjan kaaret. Normaalissa ihmisen jalkapohjassa on pitkittäiset ja poikittaiset holvit, joita tukevat joustavat jänteet ja nivelsiteet. Myös luiden muoto tukee holveja.

Meillä on myös pitkä, joustava akillesjänne, ja isovarpaamme on samassa linjassa muiden varpaiden kanssa. Tämä tehostaa nilkan ojennusta ja jalkaterän ponnistusvoimaa.

Hitaan startin jälkeen kulkee

Pystyasennosta juoksemaan lähtö on hidasta. Pikajuoksijat siirtyvätkin lähtötelineissään hetkeksi nelijalkaisiksi nopeuttaakseen starttiaan.

Vauhtiin päästyäänkin ihminen on edelleen hidas verrattuna moniin muihin juokseviin nisäkkäisiin. Tutkijat ovat kuitenkin tehneet mielenkiintoisen havainnon.

Treenatun ihmisen tasaisessa pitkän matkan juoksussa energiaa kuluu vähemmän kuin kavio- ja sorkkaeläimiltä, jotka liikkuvat samaa vauhtia. Keskivauhtisessa ravissa liikkuminen on energiatehokasta, mutta vauhdin kasvaessa eläimet siirtyvät laukkaan, joka viekin jo enemmän energiaa kuin ihmisen juoksu.

Hikoilu esti kuumenemisen

Pitkien matkojen juokseminen lisää lihastyötä ja nostaa eläimen ruumiinlämpöä, kuumassa ilmassa jopa vaarallisesti ylikuumenemiseen asti. Voimakkaasti hikoilevan ihmisen ruumiinlämpö pysyy sen sijaan aisoissa, ja hän voi jatkaa juoksuaan. Pystyasentoisen on helppo huolehtia myös nesteen tankkauksesta, sillä vapaiksi jäävissä yläraajoissa voi kantaa vettä mukanaan.

Juoksuun liittyvien anatomisten piirteidemme kehittymistä on selitetty juuri näin. Hikoilu mahdollisti kyvyn juosta kuumassa, mikä puolestaan mahdollisti omistautumisen lihansyöntiin.

Kun leijonat makoilivat laiskoina kallioilla, leopardit lojuivat rentoina puunoksalla ja gepardit lepäilivät pesällään, ihminen lähti ajamaan takaa gasellia. Juoksu saattoi kestää tunteja, mutta lopulta saalis nääntyi kuumuuteen ja saalistaja pääsi sen kimppuun.

Pontta hypoteesilleen tutkijat ovat saaneet siitä, että kestävyysjuoksulla saaliinsa nappaavia metsästäjiä on yhä alkuperäiskansojen keskuudessa. Esimerkiksi Kalaharin autiomaan sanit metsästävät antilooppeja keskipäivän helteessä väsyttämällä.

Kehityshistoriallista tukea tarjoaa karvattomuutemme. Lämmön säätely hikoilemalla käy näet tehokkaimmin, kun iho on paljas. Turkista olisi siinä haittaa. Kun se kostuisi, hien haihtuminen ja viilentyminen estyisi. Muista nisäkkäistä ainoastaan hevoset hikoilevat voimakkaasti koko vartalollaan kehoaan jäähdyttääkseen.

Jääkausi suosi maratoonareita

Siitä tutkijat eivät ole yksimielisiä, selittääkö juoksumetsästys yksin juoksusopeumien kehityksen. Pitkien matkojen tehokas taivallus on tarjonnut muitakin etuja jääkauden oloissa, joissa sademetsät kuivuivat savanneiksi ja ravinnon ja veden lähteet olivat harvassa.

Muistakin suurista nisäkkäistä kehittyi jääkaudella pitkäraajaisia ja kevytrakenteisia maratoonareita. Kasvinsyöjät joutuivat laajentamaan elinpiirejään, kun niukentuvaa ravintoa täytyi etsiä avomailta. Kun metsän suoja puuttui, eläimet myös paljastuivat helposti pedoille. Kestävät juoksijat saivat ravintoa ja pääsivät petoja pakoon.

Samaan aikaan kehittyi myös petoja, jotka liikkuivat laajoilla alueilla. Niiden metsästys ei enää perustunut vaanimalla yllättämiseen, vaan ne ajoivat saalistaan takaa laumana.

Liikkuva hartia antoi heittää

Ihminen asettui jääkauden yhteisöön anatomisten piirteidensä avulla. Kevytrakenteinen kaksijalkainen liikkui näppärästi pitkiä matkoja. Tilanteen vaatiessa se saattoi kirittää itsensä juoksuun, sillä vapaasti liikkuva hartiakaari tasapainotti kehoa.

Liikkuvainen hartia mahdollisti myös heittoaseiden käytön. Kuten me suomalaiset hyvin tiedämme, keihäänheitto sujuu myös juoksun aikana.

Vapaasti liikkuva hartia edisti metsästystä toisellakin tapaa. Riistaretkillä käytiin yleensä ryhmissä, ja keskinäinen viestintä oli arvossaan. Vapaan hartiakaaren ansiosta hengitys erosi liikkeestä. Yleensä nisäkkäät hengittävät askelluksen tahdissa yhden suhde yhteen, mutta ihminen voi ottaa yhdellä hengenvedolla useamman askeleen ja säädellä hengitystään niin, että puhuminen tai huutaminen onnistuu jopa juostessa.

Pitkän matkan taittajan kevyt rakenne toi siis mukanaan piirteitä, jotka kompensoivat sitä, että voima väheni. Taitavasti laumassa toimivasta ja eturaajojaan näppärästi käyttävästä ihmisestä tuli merkittävä peto jääkauden lopulla. Mielenkiintoista on, että ihminen liittoutui vielä toisen sosiaalisen juoksevan pedon, suden, kanssa. Tästä lajien välisestä liitosta syntyi tehokas pari ja aivan uudenlainen uhka saaliseläimille.

Suvi Viranta-Kovanen on paleontologian dosentti ja anatomian yliopisto-opettaja Helsingin yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2016

Taito lepää rakenteissa

Vertailu apinasukulaisiimme osoittaa, miksi me juoksemme mutta ne eivät.

Ihmisen rakenteet* tukevat tasapainoa, sietävät rasitusta ja säästävät energiaa. Kuva: Getty Images

* Numerot osoittavat rakenteiden sijainnin, joskaan sidekudoksia ei kuvassa näy.

 

1 Pyöreä, litteäkasvoinen pää asettuu suoraan kaularangan päälle. Energiaa ei kulu kannatteluun.

2 Sisäkorvan tasapainoelin on huomattavan laaja.

3 Hengitys toimii erillään askelluksesta. Puhuminen juostessa onnistuu.

4 Niskaside pitää pään vakaana vauhdissa.

5 Lapaluu kiinnittyy kallonpohjaan vain epäkäslihaksella. Hartiakaari liikkuu vapaasti ja vakauttaa tasapainoa.

6 Lyhyet käsivarret ovat kevyet kantaa.

7 Selkärangan mutkat vähentävät kuormitusta ja tukevat tasapainoa.

8 Pyöreä rintakehä, kapea vyötärö ja pitkä lanneranka sallivat ylävartalon kierron. Tasapainotus helpottuu.

9 Selän laajat ojentajalihakset tukevat tasapainoa.

10 Pysty, pyöreä lantio asemoi alaraajat suoraan vartalon alle. Vartalon paino­piste laskeutuu tukemaan tasapainoa.

11 Vakaa ristisuoliluunivel tasapainottaa koko vartaloa.

12 Suuret pakaralihakset estävät vartalon liiallista kallistumista eteenpäin.

13 Lyhyt reisiluun kaula vähentää rasitusta.

14 Vankat polvet kantavat hyvin painoa ja estävät energiaa tuhlaavat sivuttaisliikkeet.

15 Pitkät jalat antavat liikevoimaa.

16 Pitkä, pysty ja karvaton vartalo tarjoaa paljon ihoa hikoiluun.

17 Pitkät, joustavat akillesjänteet varastoivat ja vapauttavat energiaa.

18 Tiiviit nilkkanivelet pitävät nilkan paikoillaan ja säästävät energiaa.

19 Lyhyet kantakyhmyt vaimentavat törmäysvoimia ja säästävät energiaa.

20 Jalkaholvit vaimentavat törmäysvoimia ja ottavat talteen energiaa.

21 Lyhyet ja suorat varpaat mahdollistavat ponnistuksen päkiältä ilman vääntöä.

 

Ihmisapina liikkuu omilla sopeumillaan puissa meitä ketterämmin. Kuva: Getty Images

 

1 Kuonokas pää liittyy kaularankaan takaosastaan.

2 Hengitys kulkee askelluksen tahdissa.

3 Niskaside puuttuu, pää heiluu vauhdissa.

4 Lapaluu kiinnittyy kallonpohjaan useilla lihaksilla. Pää ja hartiakaari kiertyvät yhdessä.

5 Selkäranka kaartuu vain hieman.

7 Lantio on pitkä ja kapea.

7 Pakaralihakset ovat pienet ja sallivat vartalon kallistumisen eteenpäin.

8 Pitkät eturaajat sopivat rystykävelyyn ja kiipeilyyn.

9 Kehoa peittää karvoitus, ja hikirauhasia on paljon vähemmän kuin meillä.

10 Kevyet polvet kantavat huonosti painoa.

11 Nilkkaan asti yltävät sääri­lihakset tekevät jalasta raskaan nostaa.

12 Akillesjänne puuttuu. Liike-energiaa ei varastoidu joustavaan askellukseen.

13 Nilkka liikkuu moneen suuntaan, mikä helpottaa taiteilua oksilla.

14 Jalkaterässä ei ole holvia vaimentamassa törmäysvoimia.

15 Varpaat ovat pitkät ja isovarvas osoittaa ulospäin. Sopivat paremmin tarttumiseen kuin ponnistamiseen.

 

Fossiilit antavat aikataulun

Suora esi-isämme heidelberginihminen sekä juoksi että heitti. Kuva: Science Photo Library / MVPhotos

Liikkumiskykymme kehityksestä kertovat ennen kaikkea esimuotojemme fossiloituneet jäännökset, mutta vaiheita paljastavat myös elintavoissa havaitut muutokset.

6 miljoonaa vuotta sitten

Sahelinapinaihminen Sahelanthropus tchadensis liikkuu kahdella jalalla. Sen lantio on pysty, ja alaraajojen nivelet suoristuvat.

4,1 miljoonaa vuotta sitten

Kenianapinaihminen Australopithecus anamensis saa vahvat, ruumiinpainoa kantavat polvet.

3,6 miljoonaa vuotta sitten

Afrikanapinaihminen Australopithecus africanus kävelee vaivatta. Sen isovarvas on jo linjassa muiden varpaiden kanssa.

2,6 miljoonaa vuotta sitten

Afrikanapinaihmisen selkäranta kaareutuu vartaloa tukeville mutkille.

1,9 miljoonaa vuotta sitten

Pystyihminen Homo erectus juoksee. Sillä on pitkät raajat ja isot pakaralihakset, jotka

estävät vartaloa kaatumasta eteenpäin.

1,7 miljoonaa vuotta sitten

Pystyihmisen jalat pidentyvät entisestään ja hartiat vetäytyvät taemmaksi. Juokseminen kevenee.

1,2 miljoonaa vuotta sitten

Pystyihminen menettää loputkin jo harventuneesta karvoituksestaan. Hikoilu tehostuu.

400 000 vuotta sitten

Heidelberginihminen Homo heidelbergensis metsästää heittokeihäin.

200 000 vuotta sitten

Nykyihminen Homo sapiens aloittaa maratonit. Lyhyt reisiluun kaula vähentää lonkan kuormitusta ja lyhyt kanta­kyhmy tehostaa akillesjänteen toimintaa.

Ruotsissa työntekijät avaavat jo oven kädessä olevalla sirulla.

Tukholmassa sijaitseva teknologia-alan yritysten toimisto Epicenter alkoi kaksi vuotta sitten asentaa työntekijöidensä käsiin siruja. Niillä työntekijät voivat esimerkiksi avata työpaikalla ovia, kirjautua tietokoneille tai maksaa lounaan, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Istute toimii kuin mikä tahansa siru uimahallien rannekkeissa tai työpaikkojen kulkuluvissa. Sitä ei vain tarvitse muistaa pitää mukana.

Tänä kesänä Yhdysvalloissa seurattiin esimerkkiä. Wisconsinilainen yritys asennutti sirun kymmenille työntekijöilleen.

Terveydenhoidossa erilaisia implantteja on käytetty jo pitkään. Uutta ruotsalais- ja amerikkalaisyrityksessä on käyttää istutteita muuhun kuin terveystarkoituksiin.

Kysely

Ottaisitko tunnistesirun ihosi alle?

Kun kelloa ei ollut, auringon asema kertoi, milloin syödään

Ilmansuunnilla on ollut suuri merkitys entisajan ihmisten elämässä. Niiden mukaan on valittu asuinpaikat ja katsottu kulkureitit. Kun ei vielä tunnettu karttoja eikä kompasseja, määriteltiin suunnat taivaankappaleiden ja muiden luonnonilmiöiden mukaan.

Öisen tähtitaivaan kiintopiste oli Pohjantähti eli Pohjannaula. Se näytti olevan tukevasti kiinni taivaan pohjassa. Taivas kuviteltiin kupumaiseksi kanneksi, joka pyöri hitaasti Pohjantähden ympäri. Tähden suunta oli pohjoinen tai länsimurteissa pohjainen. Pohja on ikivanha indoeurooppalainen laina. Se on alkuaan tarkoittanut peräosaa tai takaosaa.

Auringolla on ollut tärkeä rooli ilmansuuntia nimettäessä.

Itä kuuluu yhteen itää-verbin kanssa ja viittaa suuntaan, josta aurinko nousee eli ikään kuin itää aamulla.

Koillisen kantasana koi on perintösana, joka tarkoittaa sarastusta.

Länsi on ilmeisesti alavaa maata merkitsevän murteellisen lansi-sanan muunnelma, joka ilmansuunnan nimenä viittaa matalalle painuneeseen aurinkoon.

Luode-sanan alkuperä on epäselvä, mutta se voi olla ikivanhan heittämistä merkitsevän luoda-verbin johdos ja tarkoittaa suuntaa, jonne aurinko lopulta katoaa.

Louna tai lounas on alkuaan merkinnyt päivää ja päivänvaloa ja sitten myös ateriaa, joka on nautittu puolipäivän maissa. Kun ei ollut kelloja, piti eri tahoille hajaantuneen työväen katsoa auringosta, milloin oli yhteisen aterian aika. Tärkeä suunta sai nimekseen lounas tai lounainen.

Etelä on vanhaan perintösanastoon kuuluvan esi-sanan johdos ja tarkoittaa sananmukaisesti edessä olevaa paikkaa. Asumusten oviaukot avattiin mielellään lämpimimpään ilmansuuntaan, jossa aurinko oli korkeimmillaan. Etelä oli siis suunta, joka oli pirtistä ulos astuttaessa oven edessä.

Kaakko on siinä mielessä poikkeus, ettei se liity taivaankappaleisiin vaan vesilintujen ikiaikaisiin muuttoreitteihin. Se oli upeasti kailottavien kaakkolintujen eli kuikkien ja kaakkurien tulosuunta keväällä.

Nykyään ilmansuuntien ja niiden nimien järjestelmä näyttää selvältä, mutta se ei ole syntynyt itsestään. Murteissa nimityksiä on paljon enemmän, ja samojenkin nimitysten merkitykset vaihtelevat.

Tähän moninaisuuteen kyllästyi Elias Lönnrot, joka kehitti suomea sivistyskieleksi 1800-luvulla. Hän valikoi sopivat termit ja esitteli ne Mehiläinen-lehdessään. Niitä me käytämme edelleen.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 10/2017