3D-spierreconstructie onthult dat de 3,2 miljoen jaar oude ‘Lucy’ rechtop kon staan ​​als moderne mensen

Dwarsdoorsnede van een veelhoekige spiermodelleringsbenadering, geleid door gegevens over spierlittekens en gegevens over magnetische resonantiebeeldvorming. Krediet: dr. Ashley Weisman

Digitale modellering van het zachte weefsel van de mythologische fossielen geeft aan dat Australopithecus afarensis sterke been- en bekkenspieren bezat die geschikt waren om in bomen te leven, maar kniespieren die volledig rechtop lopen mogelijk maakten.

Een onderzoeker aan de Universiteit van Cambridge heeft voor het eerst digitaal de verloren zachte weefsels van een vroege menselijke voorouder – of hominine – gereconstrueerd, en onthulde het vermogen om rechtop te staan ​​zoals we dat nu doen.

Dr. Ashley Weisman heeft de been- en bekkenspieren van menselijke benen in 3D gemodelleerd Australopithecus afarensis Met behulp van de “Lucy” -enquête: het beroemde fossiele exemplaar dat halverwege de jaren zeventig in Ethiopië werd ontdekt.

Australopithecus afarensis Hij was een vroege mens[{” attribute=””>species that lived in East Africa over three million years ago. Shorter than us, with an ape-like face and smaller brain, but able to walk on two legs, it adapted to both tree and savannah dwelling – helping the species survive for almost a million years.

Named for the Beatles classic ‘Lucy in the Sky with Diamonds’, Lucy is one of the most complete examples to be unearthed of any type of Australopithecus – with 40% of her skeleton recovered.

A digitization of the muscle attachment areas used to build the model of Lucy’s muscles, next to the completed 3D muscle model. Credit: Dr. Ashleigh Wiseman

Wiseman was able to use recently published open-source data on the Lucy fossil to create a digital model of the 3.2 million-year-old hominin’s lower body muscle structure. The study is published in the journal Royal Society Open Science.

The research recreated 36 muscles in each leg, most of which were much larger in Lucy and occupied greater space in the legs compared to modern humans.

For example, major muscles in Lucy’s calves and thighs were over twice the size of those in modern humans, as we have a much higher fat-to-muscle ratio. Muscles made up 74% of the total mass in Lucy’s thigh, compared to just 50% in humans.

Een 3D veelhoekig model, geleid door beeldvorming van scangegevens en spierlittekens, om de spieren van de onderste ledematen te reconstrueren van Australopithecus afarensis fossiel AL 288-1, bekend als ‘Lucy’. In dit model waren de spieren kleurgecodeerd. Krediet: dr. Ashley Weisman

Paleoantropologen zijn het erover eens dat Lucy op twee benen liep, maar ze zijn het oneens over hoe ze liep. Sommigen hebben beweerd dat het bewoog in een gehurkte rib, vergelijkbaar met chimpansees – onze gemeenschappelijke voorouder – wanneer ze op twee benen lopen. Anderen denken dat zijn voortbeweging vergelijkbaar was met lopen op twee benen.

Onderzoek in de afgelopen 20 jaar heeft geleid tot een consensus over volledig rechtop lopen, en het werk van Wiseman voegt hier nog meer gewicht aan toe. Lucy’s knie-extensorspieren, en de hefboomwerking die ze mogelijk maken, bevestigen het vermogen om kniegewrichten te strekken zoals een gezond persoon dat vandaag de dag kan.

“Lucy’s vermogen om rechtop te lopen kan alleen worden bepaald door een reconstructie van het traject en de ruimte die spieren in het lichaam innemen”, zegt Wiseman van het MacDonald Institute for Archaeological Research van de Universiteit van Cambridge.

Voltooide weergaven (abdominaal, dorsaal, lateraal en mediaal) van de polygonale spiermodelleringsbenadering in AL 288-1, waarbij 36 spieren werden gegenereerd voor elk onderste lidmaat. De veelhoekige spier van AL 288-1 wordt getoond in vergelijking met de 3D-spier van een mens die uit de MRI-scangegevens is gesneden. Krediet: dr. Ashley Weisman

“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 lopen op twee benen als wij, terwijl ze waarschijnlijk ook thuis is in de bomen. Lucy liep en bewoog waarschijnlijk in een manier die we vandaag niet zien,’ zei Wiseman in elk organisme.

“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.”

Lucy was een jonge vrouw, iets meer dan een meter lang en woog waarschijnlijk ongeveer 28 kg. Lucy’s hersenen zouden ongeveer een derde van de onze zijn geweest.

Om de spieren van de mensachtigen na te bootsen, begon Wiseman met enkele levende mensen. Met behulp van MRI- en CT-scans van de musculoskeletale structuren van moderne vrouwen en mannen, was ik in staat om “spierpaden” uit te zetten en een digitaal musculoskeletaal model te bouwen.

Een 3D veelhoekig model, geleid door beeldvorming van scangegevens en spierlittekens, om de spieren van de onderste ledematen te reconstrueren van Australopithecus afarensis fossiel AL 288-1, bekend als ‘Lucy’. Krediet: dr. Ashley Weisman

Wiseman gebruikte vervolgens bestaande virtuele modellen van Lucy’s skelet om de gewrichten te “hervormen”, dat wil zeggen, om het skelet weer in elkaar te zetten. Dit werk identificeerde de as van waaruit elk gewricht kon bewegen en roteren, en repliceerde hoe ze door het leven bewogen.

Ten slotte werden er spierlagen bovenop gelegd, gebaseerd op trajecten van recente menselijke spierkaarten, evenals waarneembare kleine ‘spierlittekens’ (sporen van spiercontact detecteerbaar op gefossiliseerd bot). “Zonder de wetenschap van open toegang zou dit onderzoek niet mogelijk zijn geweest”, zei Weissman.

Deze reconstructies kunnen wetenschappers nu helpen begrijpen hoe deze menselijke voorouder functioneerde. “Spierreconstructie is al gebruikt om bijvoorbeeld de loopsnelheid van een T-Rex te meten,” zei Wiseman. “Door vergelijkbare technieken toe te passen op menselijke voorouders, willen we het spectrum van fysieke bewegingen onthullen dat onze evolutie heeft aangedreven – inclusief de vermogens die we zijn kwijtgeraakt.”

Referentie: “Driedimensionale volumetrische reconstructie van de spier.” Australopithecus afarensis Bekken en ledematen, met schattingen van de ledematen”Door Ashley La Wiseman, 14 juni 2023 Hier beschikbaar. Koninklijke Maatschappij voor Open Wetenschap.
DOI: 10.1098/rsos.230356