Przekrój wielokątnego podejścia do modelowania mięśni, opartego na danych blizny mięśniowej i danych obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. Źródło: dr Ashley Weisman
Cyfrowe modelowanie tkanek miękkich mitologicznych skamieniałości wskazuje, że Australopithecus afarensis miał silne mięśnie nóg i miednicy odpowiednie do mieszkania na drzewach, ale mięśnie kolan, które pozwalały na w pełni wyprostowane chodzenie.
Badacz z Cambridge University po raz pierwszy zrekonstruował cyfrowo utraconą tkankę miękką jednego z pierwszych przodków człowieka – homininów – ujawniając zdolność do stania w pozycji pionowej, tak jak robimy to dzisiaj.
„Mięśnie Lucy wskazują, że była równie biegła w chodzeniu na dwóch nogach jak my”. – Dr.. Ashleya Weismana
Dr Ashley Weisman wymodelował 3D mięśnie nóg i miednicy ludzkich nóg Australopithecus afarensis Korzystając z ankiety „Lucy”: słynna skamielina odkryta w Etiopii w połowie lat 70. XX wieku.
Australopithecus afarensis Był wczesnym człowiekiem[{” 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.
Wielokątny model 3D, oparty na obrazowaniu danych ze skanu i blizn mięśniowych, w celu zrekonstruowania mięśni kończyn dolnych skamieniałości Australopithecus afarensis AL 288-1, znanej jako „Lucy”. W tym modelu mięśnie zostały oznaczone kolorami. Źródło: dr Ashley Weisman
Paleoantropolodzy zgadzają się co do tego, że Lucy chodziła na dwóch nogach, ale nie zgadzają się co do sposobu, w jaki chodziła. Niektórzy twierdzą, że poruszał się przykucniętym żebrem, podobnie jak szympansy – nasz wspólny przodek – kiedy chodzą na dwóch nogach. Inni uważają, że jego poruszanie się było podobne do chodzenia na dwóch nogach.
Badania przeprowadzone w ciągu ostatnich 20 lat przyniosły konsensus wokół chodzenia w pełnej erekcji, a praca Wisemana dodaje temu jeszcze więcej wagi. Mięśnie prostowników stawu kolanowego Lucy i dźwignia, na jaką pozwalają, potwierdzają zdolność do prostowania stawów kolanowych tak dobrze, jak dzisiaj może to zrobić zdrowa osoba.
„Zdolność Lucy do chodzenia w pozycji pionowej można poznać jedynie na podstawie rekonstrukcji trajektorii i przestrzeni zajmowanej przez mięśnie w ciele” – powiedział Wiseman z MacDonald Institute for Archaeological Research na Uniwersytecie Cambridge.
Kompletne widoki (brzuszne, grzbietowe, boczne i przyśrodkowe) podejścia do modelowania mięśni wielokątnych w AL 288-1, gdzie dla każdej kończyny dolnej wygenerowano 36 mięśni. Mięsień wielokątny AL 288-1 jest pokazany w porównaniu z mięśniem 3D człowieka, który został wycięty z danych skanu MRI. Źródło: dr Ashley Weisman
„Jesteśmy teraz jedynym zwierzęciem, które może stać prosto z wyprostowanymi kolanami. Mięśnie Lucy wskazują, że była równie biegła w chodzeniu na dwóch nogach jak my, podczas gdy prawdopodobnie czuje się również jak w domu na drzewach. „Lucy prawdopodobnie chodziła i wprowadzała się sposób, którego nie widzimy dzisiaj w żadnym organizmie, powiedział Wiseman.
„Australopithecus afarensis Być może wędrował po otwartych zalesionych obszarach trawiastych, a także w gęstszych lasach Afryki Wschodniej około 3 do 4 milionów lat temu. Rekonstrukcje mięśni Lucy wskazują, że była w stanie skutecznie wykorzystać oba siedliska”.
Lucy była młodą kobietą, miała nieco ponad metr wzrostu i prawdopodobnie ważyła około 28 kg. Mózg Lucy byłby o jedną trzecią mniejszy od naszego.
Aby odtworzyć mięśnie homininów, Wiseman zaczął od kilku żywych ludzi. Korzystając ze skanów MRI i CT struktur mięśniowo-szkieletowych współczesnych kobiet i mężczyzn, byłem w stanie wykreślić „ścieżki mięśniowe” i zbudować cyfrowy model układu mięśniowo-szkieletowego.
Wiseman wykorzystał następnie istniejące wirtualne modele szkieletu Lucy, aby „przekształcić” stawy, czyli ponownie złożyć szkielet. Ta praca zidentyfikowała oś, od której każdy staw mógł się poruszać i obracać, odtwarzając sposób, w jaki poruszały się przez całe życie.
Wreszcie warstwy mięśni ułożono na wierzchu, w oparciu o trajektorie z ostatnich map mięśni ludzkich, a także dostrzegalne małe „blizny mięśniowe” (ślady kontaktu mięśni wykrywalne na skamieniałej kości). „Bez nauki o otwartym dostępie te badania nie byłyby możliwe” – powiedział Weissman.
Te rekonstrukcje mogą teraz pomóc naukowcom zrozumieć, jak funkcjonował ten ludzki przodek. „Rekonstrukcja mięśni została już wykorzystana na przykład do pomiaru prędkości biegu T-Rex” – powiedział Wiseman. „Stosując podobne techniki do ludzkich przodków, chcemy ujawnić spektrum ruchu fizycznego, które napędzało naszą ewolucję – w tym zdolności, które utraciliśmy”.
Referencje: „Trójwymiarowa rekonstrukcja objętościowa mięśnia”. Australopithecus afarensis Miednica i kończyny, z oszacowaniem nacisku na kończyny” Ashley La Wiseman, 14 czerwca 2023 r. Dostępne tutaj. Królewskie Towarzystwo Otwartej Nauki.
DOI: 10.1098/rsos.230356
„Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie.”
