Mehr Zeit auf unserem Hintern zu verbringen ist nicht nur ein Problem für Fettleibigkeit und Herzkrankheiten. Die Umstellung auf einen sitzenderen Lebensstil hat wahrscheinlich auch unsere Knochen geschädigt. Ein heute in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlichtes Artikelpaar legt den Schluss nahe, dass der Mensch in jüngster Zeit in unserer Evolutionsgeschichte leichtere Gelenkknochen als Reaktion auf Veränderungen der körperlichen Aktivität entwickelt hat.
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Eine Studie zeigt den Ursprung dieser schwächeren Knochen zu Beginn des Holozäns vor etwa 12.000 Jahren, als der Mensch begann, Landwirtschaft zu betreiben. „Moderne menschliche Skelette haben sich in letzter Zeit zu leichteren - wenn Sie so wollen - Körpern verlagert. Es begann mit der Einführung der Landwirtschaft. Unsere Diäten haben sich geändert. Unser Aktivitätsniveau hat sich geändert “, sagt Studienmitautor Habiba Chirchir, Anthropologin im Human Origins Program von Smithsonian.
In der zweiten Studie wird die Gelenkknochenschwäche auf unterschiedliche körperliche Aktivitäten in alten menschlichen Gesellschaften zurückgeführt, die sich auch auf die Jagd im Vergleich zur Landwirtschaft beziehen. Beide Arbeiten haben Auswirkungen auf die moderne menschliche Gesundheit und die Bedeutung körperlicher Aktivität für die Knochenstärke.
„Das leicht gebaute Skelett des modernen Menschen hat einen direkten und wichtigen Einfluss auf die Knochenstärke und -steifheit“, sagt Tim Ryan, Anthropologe an der Penn State University und Mitautor der zweiten Studie. Das liegt daran, dass Leichtigkeit zu Schwäche führen kann - mehr Knochenbrüche und eine höhere Inzidenz von Osteoporose und altersbedingtem Knochenverlust.
Wissenschaftler wussten bereits, dass das moderne menschliche Skelett länger, dünner und im Allgemeinen schwächer ist als das seiner Vorgänger, aber niemand war sich sicher, was diese „Grazilität“ verursacht hat. Frühere Studien legten nahe, dass aufrechtes Gehen mehr Druck auf die Gelenke ausübt, um lange zu gehen und schlank, während andere argumentierten, dass eine Abnahme der körperlichen Aktivität oder Veränderungen in der Ernährung hinter diesen Skelettveränderungen steckt.
Kürzlich haben Wissenschaftler Trabekelknochen untersucht, das schwammartige Material, das sich an den Enden der Knochen befindet, die Gelenke bilden. „Denken Sie an das Ende eines Hühnerknochens: Wenn Sie es durchschneiden, sehen Sie dieses verwobene Knochennetzwerk“, sagt Chirchir. Moderne Menschen haben in bestimmten Knochen eine geringere Trabekelknochendichte als ihre Vorfahren.
Da schwammiger Knochen auf mechanische Beanspruchung reagiert, entschieden Chirchir und ihre Kollegen, CT-Scans der Handknochen von Primaten, einschließlich Menschen, durchzuführen, um festzustellen, ob sich der Knochen aufgrund der Bewegung der Tiere unterschied. "Wir glauben, dass ein Orang-Utan, wenn er klettert, eine andere Struktur des Trabekelknochens haben sollte als Knöchelwandler wie Schimpansen", sagt Chirchir.
Das Team bemerkte, dass Scans von menschlichen Händen sich drastisch von denen ihrer Primatenverwandten unterschieden. In den CT-Aufnahmen erscheinen Luftblasen vor einem weißen Hintergrund aus Knochen dunkel. „Die menschliche Hand hatte im Vergleich zu den anderen Handknochen der Primaten sehr wenig Weiß“, sagt Chirchir und weist darauf hin, dass sie unglaublich luftig und leicht sein könnte. „Das war also das Auffällige.“ Sie und ihre Kollegen fragten sich, wie groß die Dichte des Trabekelknochens im übrigen menschlichen Skelett im Vergleich zu anderen Primaten und frühen menschlichen Vorfahren war.
In diesen Querschnitten des Kopfes des Mittelfußknochens und des Oberschenkels können Sie die Abnahme der Knochendichte im Trabekel von Schimpansen (ganz links) bis zu modernen Menschen (ganz rechts) beobachten. ( PNAS / Chirchir et al.) Das Team scannte runde Querschnitte von sieben Knochen in den Gelenken der oberen und unteren Extremitäten bei Schimpansen, Borneanischen Orang-Utans und Pavianen. Sie scannten auch die gleichen Knochen bei modernen und frühneuzeitlichen Menschen sowie bei Neandertalern, Paranthropus robustus , Australopithecus africanus und anderen Australopithecines. Sie maßen dann die Menge an weißem Knochen in den Scans gegen die Gesamtfläche, um die Trabekelknochendichte zu finden. Das Zerquetschen der Zahlen bestätigte ihren visuellen Verdacht. Moderne Menschen hatten 50 bis 75 Prozent weniger dichten Trabekelknochen als Schimpansen, und einige Hominine hatten Knochen, die doppelt so dicht waren wie bei modernen Menschen.
Wann begann die trabekuläre Knochendichte im Stammbaum des Menschen zu sinken? Das Team stellte fest, dass der frühe Homo sapiens bis zum späten Pleistozän oder dem frühen Holozän ziemlich dichte schwammige Knochen aufwies - als die Menschen einige wichtige Veränderungen im Lebensstil erlebten, z. Das bedeutet wahrscheinlich, dass der Selektionsdruck für schwerere Knochen allmählich abnimmt.
„Was wir denken, ist, dass die Menschen weniger aktiv und sesshaft wurden. Die Menschen adoptierten die Landwirtschaft und domestizierten Tiere. Diese Verringerung der körperlichen Aktivität hat zu diesem leichten Skelett geführt “, sagt Chirchir. In dieser Studie wurde jedoch nur ein Faktor des Trabekelknochens untersucht: die Dichte. Die Dicke, das Volumen und die Oberfläche des schwammigen Knochens können viel darüber aussagen, wie stark die Gelenkknochen sind. Die Arbeit befasste sich auch nicht mit modernen menschlichen Futtersuchern, um festzustellen, ob ihre erhöhte Aktivität ihnen stärkere Gelenke verlieh. Hier kommt die zweite Studie ins Spiel.
Ryan tat sich mit Colin Shaw an der Universität von Cambridge zusammen, um Trabekelknochen in archäologischen Proben von vier alten menschlichen Gruppen zu untersuchen - zwei, die Landwirtschaft betrieben, und zwei, die Nahrungssuche betrieben - im heutigen Illinois. Die Forscher konzentrierten sich auf das Hüftgelenk, da es wichtig ist, das Gewicht des menschlichen Skeletts beim Gehen zu tragen.
Sie stellten fest, dass die Häcksler einen dickeren Trabekelknochen, mehr Volumen und eine geringere Oberfläche in den Hüften hatten als die Bauern. Die beiden Bauerngruppen unterschieden sich nicht voneinander und „beide sesshaften Gruppen konsumierten auch eine Reihe lokal verfügbarer Lebensmittel, was bedeutet, dass ihre Ernährung nicht notwendigerweise mangelhaft war“, sagt Ryan. Dies deutet darauf hin, dass die Ernährung weniger wichtig ist als der biomechanische Stress, den das Gehen über lange Strecken und das Jagen von Tieren auf die menschlichen Hüften ausübt.
Basierend auf MicroCT-Scans erstellten Ryan und Shaw diese 3D-Renderings des Femurkopfes von einem Landwirt (unten) und einem Jäger-Sammler (oben). Diese Renderings halfen ihnen, das Volumen von Schwammknochen in Abschnitten des Femurkopfes zu bestimmen. (Mit freundlicher Genehmigung von Timothy M. Ryan) 
Basierend auf der Arbeit von Ryan und Shaw haben relativ sesshafte Landwirte (rechts) leichtere Skelette als mobilere Sammler (links). 2D-Mikro-CT-Bilder durch den Kopf des Femurs, wo er mit dem Hüftgelenk verbunden ist, zeigen Unterschiede in der Knochenstruktur. (Mit freundlicher Genehmigung von Timothy M. Ryan) Während Chirchir darauf hinweist, dass sie Faktoren wie Ernährung oder Krankheit nicht ausschließen können, deuten beide Studien auf körperliche Aktivität als treibenden Faktor für diese Veränderungen an unseren Skeletten hin. Sie merkt auch an, dass körperliche Aktivität unsere Skelette im Laufe der Evolutionsgeschichte und in unserem eigenen Leben verändern kann. Dies ist wichtig für diejenigen von uns, die in einer industrialisierten Umgebung leben, in der wir viel Zeit bei der Arbeit und zu Hause sitzen. Fälle von Osteoporose treten häufiger an solchen Orten auf, und bei Patienten mit Osteoporose weist der Trabekelknochen das höchste Fakturrisiko auf.
"Menschen können eine robuste trabekuläre Knochenstruktur aufweisen, ähnlich wie bei lebenden nichtmenschlichen Primaten, wenn sie sich während ihres gesamten Lebens in angemessenem Maße körperlich betätigen", sagt Ryan. Das könnte Hüftfrakturen im Zusammenhang mit Knochenschwund mit dem Alter verringern. Vielleicht sollten wir, anstatt wie die frühen Menschen zu essen, so trainieren wie sie.
