3D-spierreconstructie toont 3,2 miljoen jaar oude ‘Lucy’ die rechtop loopt – Ars Technica

3D-reconstructie van de spieren van de onderste ledematen Australopithecus afarensis Fossiel AL 288-1, bijgenaamd “Lucy”. Credits: Ashley Weisman

Een van de beroemdste fossielen in de geschiedenis van de menselijke evolutie staat bekend alsLucy“die behoort tot een uitgestorven soort genaamd Australopithecus afarensis-een familielid homo sapiens die een van de eerste mensachtigen was die rechtop liep. Maar wetenschappers hebben lang gedebatteerd over hoe tweevoetig het zou kunnen lopen. Nu heeft een digitale 3D-reconstructie van Lucy’s gespierde anatomie, gecombineerd met computersimulaties, opnieuw bevestigd dat ze volledig rechtop kon lopen. De bevindingen verschijnen in een nieuw onderzoeksartikel gepubliceerd in het tijdschrift Royal Society Open Science.

“Lucy’s vermogen om rechtop te lopen kan alleen worden bepaald door een reconstructie van het traject en de ruimte die de spieren in het lichaam innemen.” zei auteur Ashley Weisman, een archeoloog aan de Universiteit van Cambridge. “We zijn nu het enige dier dat rechtop kan staan ​​met gestrekte knieën. Lucy’s spieren geven aan dat ze net zo bedreven was in het lopen op twee benen als wij, terwijl ze waarschijnlijk ook thuis was in de bomen.”

Lucy’s stoffelijk overschot werd in 1974 in Ethiopië gevonden op een site genaamd Hadar. Verschillende paleoantropologen, waaronder Donald Johanson, Mary Leakey en Eve Coppens, begonnen de site te scannen op tekenen van fossielen die verband hielden met de oorsprong van de mens. De eerste interessante ontdekking vond plaats in november 1971, toen Johansson een versteend bovenste scheenbeen vond, nabij het onderste uiteinde van het dijbeen. Nu bekend als AL 129-1 en meer dan 3 miljoen jaar oud, gaf de hoek van het kniegewricht aan dat dit een Mensachtigen (nu bekend als Australopithecus afarinsiS) rechtop kunnen lopen.

Maar een echt belangrijke ontdekking vond plaats op 24 november 1974, toen Johansson en mede-expeditielid Tom Gray besloten de bodem van een kleine geul te onderzoeken. Johansson ontdekte een fragment van een armbeen, vervolgens een deel van de schedel en vervolgens een deel van het dijbeen. Verdere verkenningen in de komende weken leverden veel botten op, waaronder wervels, een deel van het bekken, ribben en kaakfragmenten, die allemaal tot dezelfde mensachtigen behoorden. Alles bij elkaar waren er enkele honderden stukjes gefossiliseerd bot die 40 procent van het complete vrouwelijke skelet vormden. Dit was ‘Lucy’, ook bekend als AL 288-1, genoemd naar het Beatles-nummer ‘Lucy in the Sky with Diamonds’ uit 1967, dat luid en herhaaldelijk werd afgespeeld op een kampbandrecorder.

Toen alle stukjes eenmaal in elkaar waren gezet, konden wetenschappers Lucy reconstrueren, waaruit bleek dat ze 1,1 meter lang was en ongeveer 29 kilogram woog. Zijn hersenen waren klein, zoals die van een chimpansee, maar zijn bekken en beenbotten (inclusief de hersenen hallux valgus) leek bijna identiek aan moderne mensen, wat suggereert dat Australopithecus afarensis Hij was volledig tweevoetig, dat wil zeggen, hij stond rechtop en liep rechtop.

Hoe Lucy stierf, is het onderwerp van verhitte wetenschappelijke discussies. Controverseel 2016 papier Er werd gesuggereerd dat zorgvuldige analyse van haar botten onthulde hoe ze stierf – door naar haar dood te vallen uit een zeer hoge boom – hoewel andere geleerden (waaronder Johansson) dachten dat het bewijs op zijn best zwak was. Zoals we destijds meldden, voerden antropoloog John Kappelman en zijn team van de Universiteit van Texas-Austin volledige röntgenscans uit van Lucy’s botten, waardoor ze 3D-weergaven met hoge resolutie en 3D-afdrukken van haar skelet konden maken.

Door de manier waarop haar botten fragmenteerden te vergelijken met hedendaagse röntgenfoto’s van gevallen mensen, concluderen ze dat de fragmentatie van haar beenbotten ‘groen’ was, wat betekent dat het plaatsvond vlak voor haar dood. Met name het gewricht in Lucy’s been ondervond ernstige compressie van het soort dat je zou verwachten bij iemand die van grote hoogte op zijn voeten viel, mogelijk van een lokale boom waar de nesten tot 23 meter boven de grond kunnen zijn. Sceptici hebben er echter op gewezen dat het fossilisatieproces vaak botten breekt op dezelfde manier als dat van Lucy, en dieren die tegelijkertijd met Lucy worden gefossiliseerd, hebben vergelijkbare breuken.

Er is ook veel gediscussieerd over de frequentie en competentie van Lucy en haar collega Australopithecus afarensis Hij liep. Lucy had met name een veel breder bekken en kortere benen dan een mens, wat volgens sommige wetenschappers haar manier van lopen zou hebben beïnvloed. Er is de afgelopen jaren een consensus ontstaan ​​​​voor een volledig rechtopstaande gang in plaats van een gehurkte gang in de stijl van een chimpansee. Weismann besloot computersimulaties en spiermodellering te gebruiken in de hoop meer licht op de kwestie te werpen.

Het is er deels door geïnspireerd de baan Van paleobioloog Oliver Demuth, pionier op het gebied van biomechanica 3D modellen van het bewegingsapparaat naar Uitgestorven archosauriërs. Uitgestorven soorten laten vaak gefossiliseerde botten en skeletten achter, en hoewel er veel kan worden geleerd van die overblijfselen, moet men een manier vinden om de bovenliggende spieren na te bootsen om de biomechanica te begrijpen van hoe een bepaalde soort beweegt. Demuth gebruikte eerst de anatomie van de ledematen van bestaande soorten om 3D-musculoskeletale modellen van bekende dieren te maken en simuleerde vervolgens bewegingen zoals lopen, rennen, springen en staan. Vervolgens breidde en paste hij deze modellen aan voor uitgestorven dieren.

Wiseman volgde een soortgelijk pad voor haar werk aan Lucy’s spierherconfiguratie. Eerst vertrouwde ze op MRI- en CT-scans van volwassen mensen, vrouwen en mannen, om spierbanen in kaart te brengen en een digitaal 3D-model van skeletspieren te maken. Vervolgens gebruikte ik onlangs gepubliceerde open-source virtuele modellen van Lucy’s fossiel om haar skelet weer in elkaar te zetten, waarbij ik liet zien hoe elk gewricht kon bewegen en roteren. Ten slotte legt ze spieren bovenop, tekenend op haar kaart van menselijke spierbanen, ondersteund door een paar veelbetekenende sporen van littekens van waar ooit spieren vastzaten aan Lucy’s gefossiliseerde botten.

Een 3D veelhoekig model, geleid door beeldvormingsscangegevens en spierlittekens, spierreconstructie van de onderste ledematen in Australopithecus afarensis Fossiel AL 288-1, bijgenaamd “Lucy”. Credits: Ashley Weisman

Het resulterende model omvatte 36 spieren in elk been. Volgens Wiseman had Lucy kuiten en dijen die veel groter waren dan die van moderne mensen. De hoofdspier was meer dan twee keer zo groot. 74 procent van Lucy’s dij bestaat uit spierweefsel vergeleken met 50 procent bij mensen. Wiseman concludeerde dat Lucy’s knie-extensorspieren voldoende druk zouden uitoefenen om de kniegewrichten te strekken zoals moderne mensen, waardoor Lucy rechtop kon lopen en een reeks andere bewegingen kon uitvoeren, vergelijkbaar met die van chimpansees en bonobo’s.

Deze bevindingen voegen verder bewijs toe aan de opkomende wetenschappelijke consensus, maar Wiseman waarschuwde dat dit geen definitief bewijs is dat Lucy vaak en effectief kan lopen. “Lucy liep en bewoog waarschijnlijk op een manier die we tegenwoordig in geen enkel levend wezen zien,” Ze zei. “Australopithecus afarensis Het kan zo’n 3 tot 4 miljoen jaar geleden door de open beboste graslandgebieden en de dichtere bossen van Oost-Afrika hebben gezworven. Lucy’s spierreconstructies geven aan dat ze beide habitats effectief kon benutten.”

DOI: Royal Society for Open Science, 2023. 10.1098/RSOS.230356 (over DOI’s).