La personne moyenne fait des milliers de pas chaque jour, marchant instinctivement du talon aux orteils. Bien qu’ils les enregistrent à peine, ces foulées constantes du talon en premier sont plus uniques aux humains qu’on ne le pensait auparavant et ont permis aux premiers hominidés de marcher plus loin plus efficacement, mais au prix de forces d’impact plus élevées sur les os et les articulations, selon une nouvelle étude menée par un chercheur de Penn State.
L’équipe a déclaré que les résultats, publiés aujourd’hui (8 septembre) dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesont mis en lumière une adaptation évolutive qui a rendu la marche humaine plus efficace, aidant finalement nos ancêtres à adopter des pratiques de chasse et de cueillette et à se propager à travers le monde.
Des recherches antérieures s’appuyant sur des données descriptives ont suggéré que les humains partagent le style de marche du talon en premier ou de la frappe du talon avec d’autres grands singes comme le chimpanzé étroitement apparenté. Les auteurs de la nouvelle étude ont utilisé un équipement vidéo haute vitesse et haute résolution et une piste plate bordée de plaques métalliques mesurant les forces d’impact pour examiner la façon dont les chimpanzés et les humains marchent.
Ils ont constaté que les chimpanzés variaient leur style de marche, atterrissant sur le côté ou sur la pointe du pied la plupart du temps et atterrissant moins souvent avec le talon en premier lorsqu’ils marchaient sur deux jambes par rapport à ceux à quatre pattes. Les humains, en revanche, atterrissent toujours avec un coup de talon. Les chercheurs ont découvert que ce style de marche permet aux humains modernes d’économiser environ 26 à 41 % de l’énergie métabolique nécessaire pour marcher sur la plante du pied, mais entraîne des forces d’impact plus élevées, qui nécessitaient des os et des articulations plus gros et plus solides – des adaptations ultérieures qui permettraient aux premiers humains de couvrir plus de terrain de manière sûre et cohérente.
Lorsque les gens réfléchissent à ce qui rend la marche humaine unique, ils parlent de marche debout : notre dos est droit et nos jambes sont étendues. Ce que nous disons dans cet article, c’est que l’atterrissage sur le talon est un aspect unique de la marche humaine qui a peut-être été sous-estimé. Cette étude présente la meilleure comparaison mesurable entre les humains et nos plus proches parents vivants, les chimpanzés, ce qui montre que ce que nous faisons lorsque nous atterrissons est distinctif à bien des égards. »
Nicolas Holowka, auteur de l’étude, professeur adjoint d’anthropologie et co-embauche avec le Huck Institute of Life Sciences de Penn State
Les premiers ancêtres humains marchaient probablement comme le font les chimpanzés – avec des atterrissages moins constants et plus variables, parfois sur la pointe des pieds ou à plat, d’autres fois sur les talons, a déclaré Holowka. Il a décrit le style de marche comme étant moins efficace que celui des humains modernes et a expliqué qu’il limitait probablement la distance qu’ils pouvaient parcourir. La frappe du talon, a-t-il poursuivi, est beaucoup plus efficace, permettant aux humains de rouler de l’arrière du pied vers l’avant pour une conduite en douceur. Mais cela s’accompagne d’un compromis entre des forces d’impact plus élevées, qui entraînent une charge plus rapide sur la jambe.
« Imaginez que vous essayez de vous faufiler sur un plancher en bois qui grince », a déclaré Nathan Thompson, co-auteur de l’étude et professeur agrégé au New York Institute of Technology, College of Osteopathic Medicine. « Vous avez tendance à marcher sur la pointe des pieds, car cela réduit le taux de charge sur le sol et crée moins de craquements. C’est une façon plus douce de marcher. »
Ces forces plus puissantes auraient pu potentiellement endommager le corps et nécessiteraient finalement des adaptations ultérieures pour permettre aux premiers humains de marcher de manière sûre et cohérente, selon les chercheurs.
« Il semble que les humains aient dû développer des adaptations anatomiques – des os du talon plus épais et des articulations des genoux et des chevilles plus grosses – pour faire face à ces forces élevées », a déclaré Holowka. « Nous pensons que les coups de talon ont joué un rôle en permettant des comportements humains clés, tels que l’utilisation de stratégies de chasse et de cueillette qui obligent les gens à parcourir de très longues distances chaque jour pour obtenir de la nourriture, mais pour un gain important en ressources alimentaires. »
Les chercheurs ont utilisé des caméras haute vitesse et haute résolution et une passerelle d’environ 36 pieds de long bordée de plaques de force métalliques à l’Université de Stony Brook pour examiner comment trois chimpanzés mâles marchaient à quatre pattes et sur deux pattes. Ils ont augmenté leur collecte de données en analysant les données de marche de trois autres chimpanzés collectées par une autre équipe de recherche dans une étude distincte et ont examiné des données supplémentaires provenant de deux autres études portant sur un total de 15 chimpanzés.
L’équipe a également recruté 12 participants humains pour des expériences de laboratoire similaires à l’Université de Buffalo. Neuf participants portaient des marqueurs réfléchissants et marchaient pieds nus sur une piste d’environ 25 pieds de long bordée de plaques de force et de caméras haute vitesse et haute résolution. Ces participants ont parcouru la piste plusieurs fois, en utilisant leur démarche naturelle ainsi qu’une démarche modifiée qui imitait la façon dont les chimpanzés préféraient marcher, atterrissant sur la pointe du pied juste derrière le petit orteil avant d’abaisser le talon. Les chercheurs ont qualifié ce dernier style de frappes au milieu du pied. Les participants humains ont également marché sur un tapis roulant tout en portant un système de respirométrie portable mesurant la consommation d’oxygène et la production de dioxyde de carbone. Ils ont utilisé ces mesures pour calculer la quantité d’énergie dépensée par les participants en utilisant les différents styles de marche.
Les chercheurs ont découvert que les chimpanzés variaient leur style de marche, en utilisant un mélange de coups de talon et de coups au milieu du pied. Cependant, ils utilisaient moins de coups de talon lorsqu’ils marchaient sur deux jambes que lorsqu’ils marchaient à quatre pattes.
« Il semble que lorsqu’ils marchent sur deux pattes, les chimpanzés préfèrent la manière plus douce d’atterrir sur leurs pieds », a déclaré Thompson.
Cependant, tous les pas humains à démarche normale étaient des coups de talon, avec un angle de contact du pied par rapport au sol très constant au sein et entre les individus. Les chimpanzés, en revanche, utilisaient des angles de frappe de pied 2,4 à 8,6 fois plus grands que les participants humains, ont rapporté les chercheurs.
L’équipe a également constaté que les frappes au talon généraient des forces d’impact beaucoup plus élevées que les frappes au milieu du pied, tant chez les chimpanzés que chez les humains. Chez les chimpanzés marchant sur deux pattes, le taux de charge de force d’impact était jusqu’à 138 % plus élevé pour les frappes au talon que pour les frappes au milieu du pied. Chez l’homme, ces forces étaient jusqu’à 162 % plus élevées que les frappes au milieu du pied. Cependant, marcher avec le talon en premier a permis aux participants humains d’économiser entre 26 et 41 % d’énergie métabolique dépensée par rapport aux frappes au milieu du pied.
« Nous, les humains, avons évolué pour utiliser ce style de marche à fort impact d’une manière qui est sûre et naturelle pour nous », a déclaré Holowka. « Les nouveaux environnements dans lesquels nous vivons actuellement, avec leurs surfaces dures et pavées, pourraient perturber l’équilibre évolutif d’une certaine manière. C’est quelque chose qui nous intéresserait dans les recherches futures. Pourtant, marcher beaucoup est un exercice très sain et, bien que l’impact soit élevé, notre corps a évolué pour y faire face, nous ne devrions donc pas l’éviter. «
Zacchariah Apolito et Kevin Palmisano, doctorants de Penn State, ont contribué à ce travail. Parmi les autres co-auteurs de l’étude figurent Matthew O’Neill, de la Midwestern University ; Vincent Bhandal, Otto Lam et Brigitte Demes, Renaissance School of Medicine de l’Université Stony Brook ; Caleb Massimi, École de médecine Icahn du Mont Sinaï, New York ; et Steven Worthington, Université Harvard.
La recherche a été financée par la National Science Foundation des États-Unis sous la subvention BCS-0935321, la Fondation Leakey et la Fondation Wenner-Gren.
