Habitual energy expenditure of human climbing and clambering

Summary

Despite many studies on the energetics of terrestrial, aquatic and aerial locomotion, little work has been done on the costs of arboreal locomotion. There is increasing interest in modelling the bioenergetics of extinct mammalian species, including hominids, but as early hominids are thought to have combined terrestrial bipedalism with arboreal climbing and clambering, absence of data on the energetics of climbing in higher primates limits work on hominid locomotor energetics. In this study, the energetics of climbing and clambering in humans has been investigated to assess the differences in energetic cost between terrestrial bipedal walking and vertical climbing and clambering. Energy expenditure during climbing and clambering, walking and standing was measured in 29 active, nonobese young adults. Anthropometric data were also collected. Analysis using paired t-tests showed that there is a highly significant difference (p < 0.001) between mean walking and mean climbing and clambering expenditure, 24 ± 7 versus 48 ± 18kJ/min respectively. Body mass, percentage body fat and fat-free mass were all positively correlated with energy expenditure. It was concluded that any energetic advantages that accrue from terrestrial bipedal locomotion may be offset by the great cost of arboreal activity, implying that the conditions under which bipedalism may have evolved were contingent upon the time allocation associated with arboreal and terrestrial locomotion.

Zusammenfassung

Trotz zahlreicher Untersuchungen zur Energetik der Forbewegung auf dem Land, im Wasser und in der Luft, wurde wenig über die Kosten einer arborealen Fortbewegung gearbeitet. Es gibt ein zunehmendes Interesse an der Modellierung der Bioenergetik ausgestorbener Säugetierarten, einschließlich der Hominiden. Da jedoch angenommen wird, daß frühe Hominiden einen terrestrischen Bipedalismus mit arborealem Klettern und Hangeln verbunden haben, begrenzt das Fehlen von Daten zur Energetik des Kletterns bei höheren Primaten die Arbeit über die Energetik der Fortbewegung von Hominiden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Energetik des Klettern und Hangelns beim Menschen untersucht, um die Unterschiede in den energetischen Kosten zwischen terrestrischem bipedalem Gehen und vertikalem Klettern und Hangeln zu schätzen. Der Energieverbrauch beim Klettern und Hangeln, Gehen und Stehen wurde bei 29 aktiven, nicht fettleibigen jungen Erwachsenen untersucht. Anthropometrische Daten wurden ebenfalls erhoben. Ein t-Test für gepaarte Beobachtungen zeigte, daß es einen hoch signifikanten Unterschied (p < 0.001) zwischen dem mittleren Verbrauch beim Gehen sowie beim Klettern und Hangeln gibt, 24 ± 7 versus 48 ± 18 kJ/min. Die Körpermasse, der prozentuale Fettanteil und die fettfreie Masse waren alle positiv mit dem Energieverbrauch korreliert. Es wurde festgestellt, daß energetische Vorteile, die aus terrestrischer bipedaler Fortbewegung resultierten, durch die großen Kosten arborealer Aktivität ausgeglichen worden sein könnten, was vermuten läßt, daß die Bedingungen, unter denen Bipedalismus sich entwickelt haben könnte, von der Zeitverteilung zwischen arborealer und terrestrischer Fortbewegung abhängig waren.

Résumé

En dépit de nombreuses études effectuées sur les coûts énergétiques de la locomotion terrestre, aquatique et aérienne, peu de travaux ont porté sur les coûts de la locomotion arboricole. Il y a un intére˘t grandissant pour la modélisation bioénergétique d'espèces de mammifères éteintes, dont les hominidés, mais comme on pense que les premiers hominidés auraient combiné la bipédie terrestre avec l'escalade d'arbres, l'absence de données sur les dépenscs énergétiques de l'escalade chez les primates supérieurs, limite le travail sur l'énergétique de leur locomotion. Cette étude a pour objet d'observer les coûts énergétiques associés au fait de monter et de grimper chez l'e˘tre humain, dans le but de préciser les différences de coûts énergétiques entre la marche terrestrc bipédique et le déplacement vertical par gravissement et escalade. Les dépenses d'énergie pendant le gravissement, l'escalade, la marche et la station debout ainsi que des données anthropométriques, ont été mesurées chez 29 jeunes adultes actifs et non obèses. L'analyse au moyen de t-test deux à deux montre qu'il y a une différence extre˘mement significative (p < 0.001) entre les dépenses énergétiques moyennes de la marche et celles du gravissement et de l'escalade, respectivement 24 ± 7 contre 48 ± 18 kJ/min. La masse corporelle, le pourcentage de graisse corporelle et la masse maigre sont également positivement corrélés avec la dépense d'énergic. On en conclut que tout avantage énergétique qui provient de la locomotion bipédique terrestre peut e˘tre contrarié par le coût élevé de l'activité arboricole, impliquant que les conditions dans lesquelles la bipédie a évolué ont du e˘tre dépendantes du temps passé en locomotion terrestre et en locomotion aérienne.