Spinal Evolution: Morphology, Function, and Pathology of the Spine in Hominoid Evolution

ستون فقرات مهره ای عنصر کلیدی آناتومی انسان است. نقش اصلی آن محافظت از نخاع و رگ های خونی اصلی است. اسکلت محوری با ماهیچه ها و مفاصل خود ثباتی را برای اتصال سر، دم و اندام ها فراهم می کند و در عین حال تحرک مورد نیاز برای تنفس و حرکت را امکان پذیر می کند. علیرغم اهمیت بسیار زیاد، ستون فقرات مهره اغلب توسط محققان مورد توجه قرار می گیرد زیرا: الف) مهره ها از نظر طبیعت شکننده هستند، که فسیل شدن آنها را به یک رویداد نادر تبدیل می کند. ب) متامریک (عناصر ردیفی و تکراری) هستند که تعیین تشریحی آنها و بنابراین مطالعه بعدی آنها را دشوار می کند. و ج) انبوه استخوان ها و مفاصل درگیر در هر حرکت یا عملکرد اسکلت محوری، بازسازی وضعیت، مکانیک تنفس و حرکت را بسیار دشوار می کند.

به خوبی ثابت شده است که ستون فقرات در طول تکامل انسان به طور چشمگیری تغییر کرده است. انحنای ستون فقرات، انتقال بار ستون فقرات، و شکل قفسه سینه انسان های دوپا در میان هومینوئیدها مشتق شده است. با این حال، بحث های زیادی در مورد چگونگی و زمان وقوع این تغییرات و پیامدهای فیلوژنتیکی، عملکردی و پاتولوژیک آنها وجود دارد.

در سال‌های اخیر، علاقه دوباره به اسکلت محوری ایجاد شده است. یافته‌های جدید و هیجان‌انگیزی، عمدتاً از اروپا و آفریقا، و همچنین روش‌های جدید برای بازسازی ستون فقرات به جامعه پژوهشی معرفی شده‌اند. روش‌های جدیدی مانند آنالیز عناصر محدود، آنالیز استخوان ترابکولار، آنالیز مورفومتریک هندسی، و آنالیز راه رفتن برای ستون فقرات پستانداران و انسان‌ها به کار گرفته شده است. اینها یک نگاه جدید و با طراوت به تکامل ستون فقرات ارائه می دهند. تحقیقات بیومکانیکی پیشرفته در مورد وضعیت، دامنه حرکت، ثبات و ضعیف شدن ستون فقرات انسان پیامدهای تکاملی جالبی دارد. تا به حال، هیچ کتابی که خلاصه ای از تحقیقات و دانش به روز شده در مورد تکامل ستون فقرات در هومینوئیدها باشد، در دسترس نبوده است. کتاب حاضر به بررسی هر دو روش جدید و داده های جدید، از جمله پیشرفت های فسیلی، مورفولوژیکی، بیومکانیکی و نظری اخیر در مورد تکامل ستون مهره می پردازد. به منظور پوشش همه این داده ها، ما کتاب را به چهار بخش تقسیم می کنیم: 1) ستون فقرات هومینوئیدها. 2) ستون فقرات هومینین های منقرض شده؛ 3) آنتوژنز، بیومکانیک و آسیب شناسی ستون فقرات انسان؛ و 4) روش های جدید تحقیقات ستون فقرات. این بخش ها مکمل یکدیگر هستند و یک بررسی گسترده و جامع از تکامل ستون فقرات ارائه می دهند.

The vertebral spine is a key element of the human anatomy. Its main role is to protect the spinal cord and the main blood vessels. The axial skeleton, with its muscles and joints, provides stability for the attachment of the head, tail and limbs and, at the same time, enables the mobility required for breathing and for locomotion. Despite its great importance, the vertebral spine is often over looked by researchers because: a) vertebrae are fragile in nature, which makes their fossilization a rare event; b) they are metameric (seriated and repeated elements) that make their anatomical determination and, thus, their subsequent study difficult; and c) the plethora of bones and joints involved in every movement or function of the axial skeleton makes the reconstruction of posture, breathing mechanics and locomotion extremely difficult.

It is well established that the spine has changed dramatically during human evolution. Spinal curvatures, spinal load transmission, and thoracic shape of bipedal humans are derived among hominoids. Yet, there are many debates as to how and when these changes occurred and to their phylogenetic, functional, and pathological implications.

In recent years, renewed interest arose in the axial skeleton. New and exciting finds, mostly from Europe and Africa, as well as new methods for reconstructing the spine, have been introduced to the research community. New methodologies such as Finite Element Analysis, trabecular bone analysis, Geometric Morphometric analysis, and gait analysis have been applied to the spines of primates and humans. These provide a new and refreshing look into the evolution of the spine. Advanced biomechanical research regarding posture, range of motion, stability, and attenuation of the human spine has interesting evolutionary implications. Until now, no book that summarizes the updated research and knowledge regarding spinal evolution in hominoids has been available. The present book explores both these new methodologies and new data, including recent fossil, morphological, biomechanical, and theoretical advances regarding vertebral column evolution. In order to cover all of that data, we divide the book into four parts: 1) the spine of hominoids; 2) the vertebral spine of extinct hominins; 3) ontogeny, biomechanics and pathology of the human spine; and 4) new methodologies of spinal research. These parts complement each other and provide a wide and comprehensive examination of spinal evolution.