O arco transversal pode jogar um papel importante na rigidez do pé humano

Andar e ser executado sujeitam nossos pés às forças além do peso corporal. O arco longitudinal dos pés era provavelmente a razão que os pés não se deformam sob tal carga. Contudo, os pesquisadores da universidade de Warwick, instituto de Okinawa da universidade graduada da ciência e da tecnologia em Japão e em Universidade de Yale ilustraram que o arco transversal pode ser mais importante para esta rigidez.

As teorias passadas da rigidez do pé olham o arco longitudinal, porém na “rigidez de papel do pé humano e a evolução do arco transversal” publicado hoje, 26os fevereiro na natureza do jornal, pesquisadores da universidade de Warwick que trabalha em colaboração com a Universidade de Yale e a universidade graduada de OIST, propor que o arco transversal possa jogar um papel igualmente importante.

A colaboração encontrou que o arco transversal é uma fonte mais grande de rigidez do pé do que o que foi encontrado devido ao arco longitudinal nos trabalhos anteriores. Igualmente descobriram que o transversal arqueado evoluído para tornar-se quase humano-como sobre 3,5 milhão anos há.

Esta colaboração entre o Dr. Shreyas Mandre, do departamento das matemáticas na universidade de Warwick, o professor Mahesh Bandi, da unidade não-linear e do desequilíbrio da física no instituto de Okinawa da universidade graduada da ciência e da tecnologia (OIST) e no professor Madhusudhan Venkadesan, da Universidade de Yale foi financiada por uma concessão nova do investigador pelo programa de ciência de fronteiras humano.

Os autores dizem que esta pesquisa motiva um trabalho mais adicional no papel dos arcos transversais nas disciplinas do podiatry e da antropologia evolucionária. Estas introspecções podiam igualmente inspirar projectos novos para os pés protéticos e robóticos.

O papel do arco transversal pode ser compreendido em uns termos mais simples olhando uma folha do papel fino. Quando a borda curto é plano guardarado, a folha é flexível e inclina-se sob pouco peso. Mas ondule a borda um pequeno e mesmo 100 vezes mais peso não é excessivo.

Os objetos finos lisos gostam da curvatura de folhas de papel facilmente, mas são muito difíceis de esticar. A curvatura transversal da folha contrata seu esticão transversal ao tentar dobrá-la. Este acoplamento da dobra e do esticão devido à curvatura é o princípio que é a base do papel de endurecimento do arco transversal.”

Dr. Shreyas Mandre, departamento das matemáticas, universidade de Warwick

Mas porque o pé serve funções mecânicas múltiplas, sua estrutura é mais complicada do que a folha de papel. Conseqüentemente, “aplainar” o pé para testar a hipótese do endurecimento curvatura-induzido pode ter variáveis não identificadas da confusão. Para superar esta dificuldade, os pesquisadores interromperam ingeniously o princípio subjacente ao manter o arco transversal intacto.

A “compreensão do princípio subjacente permitiu-nos de construir indicações mecânicas do pé que compreende as molas que imitaram o tecido elástico do pé. Interromper as molas transversalmente orientadas nestas indicações teve o mesmo efeito que aplainando as,” explica Ali Yawar, um co-autor do estudo.

“Nós interrompemos o princípio subjacente de endurecimento curvatura-induzido nos pés cadavéricos humanos transecting o tecido transversal, que reduziu a rigidez de meados de-pé por quase parcialmente,” dissemos o inglês de Carolyn, um outro co-autor do artigo. Em comparação, as experiências nos anos 80 em interromper o mecanismo de endurecimento devido ao arco longitudinal mostraram somente uma redução na rigidez por aproximadamente 25%.

Esta pesquisa igualmente injecta a interpretação nova do registro fóssil da espécie ancestral humana, referindo-se especialmente a emergência do bipedalism. Os pesquisadores formularam uma medida do arco transversal esclarecem variações no comprimento e na espessura dos pés. Usaram a medida comparar espécie relacionada tal como os grandes macacos, a espécie ancestral humana e alguns primatas distante relacionados.

“Nossa evidência sugira que a humano-como o arco transversal possa ter evoluído sobre 3,5 milhão anos há, uns 1,5 milhão anos inteiros antes que a emergência do género homo e era uma etapa chave na evolução de seres humanos modernos,” explica o prof. Venkadesan. Igualmente fornece uma hipótese para como o afarensis do Australopithecus, a mesma espécie que a Lucy fóssil, pensamento para não possuir os pés longitudinalmente arqueados, poderia gerar pegadas como os seres humanos que foram descobertos em Laetoli.

Source:
Journal reference:

Venkadesan, M., et al. (2020) Stiffness of the human foot and evolution of the transverse arch. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2053-y.