По крайней мере, с 1920-х годов анекдоты и некоторые исследования предполагают, что шимпанзе «сверхсильны» по сравнению с людьми, подразумевая, что их мышечные волокна, клетки, из которых состоят мышцы, превосходят человеческие.
Но теперь исследовательская группа сообщает, что, вопреки этому убеждению, максимальная динамическая сила и выходная мощность мышц шимпанзе примерно в 1,35 раза выше, чем у человеческих мышц аналогичного размера, разница, которую они называют «скромной» по сравнению с историческими, популярные рассказы о «суперсиле» шимпанзе, которые во много раз сильнее людей.
Кроме того, говорит биомеханик Брайан Умбергер, эксперт по биомеханике скелетно-мышечной системы в кинезиологии Массачусетского университета в Амхерсте, исследователи обнаружили, что это скромное преимущество в производительности у шимпанзе было связано не с более сильными мышечными волокнами, а, скорее, с другим сочетанием мышечных волокон у шимпанзе по сравнению с людьми.
Как объясняют авторы, давнее, но непроверенное предположение об исключительной силе шимпанзе, если оно верно, «указывает на значительный и ранее недооцененный эволюционный сдвиг в силе и/или способности скелетных мышц производить энергию». либо у шимпанзе, либо у людей, чьи линии разошлись около 7 или 8 миллионов лет назад.
Умбергер был частью команды под руководством Мэтью О'Нила из Медицинского колледжа Аризонского университета в Фениксе и других специалистов из Университета Стоуни-Брук, Гарварда и Университета штата Огайо. Подробности этой работы, частично поддержанной Умбергером грантом Национального научного фонда, появляются в текущем раннем онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи начали с критического изучения научной литературы, в которой сообщалось о широком диапазоне оценок того, насколько шимпанзе превосходят людей в силе и мощи, в среднем примерно в 1,5 раза. Но Умбергер говорит, что получение этого значения из таких разрозненных отчетов «требовало большого анализа с нашей стороны, учета различий между субъектами, процедурами и так далее». Он и его коллеги говорят, что 1,5 раза значительно меньше, чем отдельные сообщения о том, что шимпанзе были в несколько раз сильнее, но это все же значимая разница, и ее объяснение может продвинуть понимание ранней эволюции скелетно-мышечной системы человека.
Умбергер добавляет: «Существуют почти 100-летние отчеты, предполагающие, что шимпанзе должны иметь превосходные свойства мышечных волокон по сравнению с людьми, однако прямых проверок этой идеи не проводилось. Такая разница была бы удивительной, учитывая то, что мы знаем, насколько похожи свойства мышечных волокон у видов с одинаковым размером тела, таких как люди и шимпанзе."
Он объясняет, что мышечные волокна бывают двух основных типов: быстросокращающиеся, быстрые и мощные, но быстро утомляющиеся, и медленносокращающиеся, которые медленнее и менее мощные, но с хорошей выносливостью. «Мы обнаружили, что внутри типов волокон мышечные волокна шимпанзе и человека на самом деле очень похожи. Однако мы также обнаружили, что у шимпанзе примерно в два раза больше быстрых волокон, чем у людей», - отмечает он.
Для этой работы команда использовала подход, сочетающий препараты изолированных мышечных волокон, эксперименты и компьютерное моделирование. Они напрямую измерили максимальную изометрическую силу и максимальную скорость сокращения скелетных мышечных волокон обыкновенного шимпанзе. В целом они обнаружили, что скелетные мышечные волокна конечностей и туловища шимпанзе аналогичны человеческим и другим млекопитающим и «в целом соответствуют ожиданиям, основанным на размере тела и масштабировании».
Умбергер, чей основной научный вклад заключался в интерпретации того, как свойства мышц влияют на производительность всего животного, разработал модели компьютерного моделирования, которые позволили исследователям интегрировать различные данные о свойствах отдельных мышц и оценить их совокупное влияние на производительность.
О'Нил, Умбергер и их коллеги также измерили распределение типов мышечных волокон и обнаружили, что оно сильно различается у людей и шимпанзе, у которых также более длинные мышечные волокна, чем у людей. Они объединили отдельные измерения в компьютерной имитационной модели мышечной функции, чтобы лучше понять, каково комбинированное влияние экспериментальных наблюдений на работу всей мышцы. Когда все факторы были объединены, мышцы шимпанзе производят примерно в 1,35 раза больше динамической силы и мощи, чем мышцы человека.
Умбергер говорит, что преимущество шимпанзе в динамической силе и мощи связано с глобальными характеристиками целых мышц, а не с внутренними свойствами клеток, из которых состоят эти мышцы. «Обратной стороной является то, что люди с высоким процентом медленно сокращающихся волокон приспособлены к выносливости, такой как путешествия на большие расстояния, за счет динамической силы и мощности. Когда мы сравнили данные о типах мышечных волокон у шимпанзе и человека для других видов мы обнаружили, что люди являются исключением, предполагая, что отбор для дальних путешествий по земле мог иметь важное значение в ранней эволюции нашей костно-мышечной системы."
Авторы заключают: «Вопреки некоторым давним гипотезам, эволюция не изменила основную силу, скорость или способность клеток скелетных мышц вырабатывать мощность, чтобы вызвать заметные различия между шимпанзе и людьми в ходьбе, беге, способность лазать и бросать. Это важное, но ранее не проверенное предположение. Вместо этого естественный отбор, по-видимому, изменил более глобальные характеристики мышечной ткани, такие как распределение типов мышечных волокон и длины мышечных волокон».