La reconstruction musculaire 3D montre ‘Lucy’ âgée de 3,2 millions d’années marchant debout – Ars Technica

L’un des fossiles les plus célèbres de l’histoire de l’évolution humaine est connu sous le nom deLucie« qui appartient à une espèce éteinte appelée Australopithecus afarensis-un parent Homo sapiens qui fut l’un des premiers hominidés à marcher debout. Mais les scientifiques ont longtemps débattu de la façon dont il pourrait marcher en tant que bipède. Maintenant, une recréation numérique 3D de l’anatomie musculaire de Lucy, combinée à des simulations informatiques, a reconfirmé qu’elle était parfaitement capable de marcher complètement debout. Les résultats apparaissent dans un nouveau document de recherche publié dans la revue Royal Society Open Science.

« La capacité de Lucy à marcher debout ne peut être connue qu’à partir d’une reconstruction de la trajectoire et de l’espace occupé par les muscles dans le corps », a déclaré l’auteur Ashley Weisman, archéologue à l’Université de Cambridge. « Nous sommes maintenant le seul animal qui peut se tenir debout avec les genoux droits. Les muscles de Lucy indiquent qu’elle était aussi habile à marcher sur deux jambes que nous, tout en étant probablement à l’aise dans les arbres. »

Les restes de Lucy ont été retrouvés en 1974 en Éthiopie sur un site appelé Hadar. Plusieurs paléoanthropologues, dont Donald Johanson, Mary Leakey et Eve Coppens, ont commencé à scanner le site à la recherche de signes de fossiles liés à l’origine de l’homme. La première découverte intéressante a eu lieu en novembre 1971, lorsque Johansson a découvert un os fossilisé du tibia supérieur, près de l’extrémité inférieure du fémur. Maintenant connue sous le nom d’AL 129-1 et datant de plus de 3 millions d’années, l’angle de l’articulation du genou indiquait qu’il s’agissait d’un Hominidés (maintenant connu sous le nom de Australopithecus afarinsis) capable de marcher debout.

Mais une découverte vraiment importante s’est produite le 24 novembre 1974, lorsque Johansson et un autre membre de l’expédition, Tom Gray, ont décidé d’examiner le fond d’un petit ravin. Johansson a découvert un fragment d’os du bras, puis une partie du crâne, puis une partie du fémur. D’autres explorations au cours des semaines suivantes ont révélé de nombreux os, notamment des vertèbres, une partie du bassin, des côtes et des fragments de mâchoire, qui appartenaient tous aux mêmes hominidés. Au total, il y avait plusieurs centaines de morceaux d’os fossilisés qui constituaient 40% du squelette féminin complet. C’était « Lucy », alias AL 288-1, du nom de l’air des Beatles de 1967 « Lucy in the Sky with Diamonds », qui a été joué fort et à plusieurs reprises sur un magnétophone du camp.

Une fois toutes les pièces assemblées, les scientifiques ont pu reconstruire Lucy, révélant qu’elle mesurait 1,1 mètre (3 pieds, 7 pouces) de long et pesait environ 29 kilogrammes (64 livres). Son cerveau était petit, comme celui d’un chimpanzé, mais ses os du bassin et des jambes (y compris le cerveau hallux valgus) semblaient presque identiques aux humains modernes, ce qui suggère que Australopithecus afarensis Il était complètement bipède, c’est-à-dire qu’il se tenait debout et marchait debout.

La mort de Lucy fait l’objet d’un débat scientifique houleux. Controversé papier 2016 Il a été suggéré qu’une analyse minutieuse de ses os a révélé comment elle est morte – en tombant d’un très grand arbre – bien que d’autres chercheurs (dont Johansson) aient pensé que les preuves étaient au mieux ténues. Comme nous l’avons signalé à l’époque, l’anthropologue John Kappelman de l’Université du Texas à Austin et son équipe ont effectué des scans complets aux rayons X des os de Lucy, leur permettant de créer des rendus 3D haute résolution et des impressions 3D de son squelette.

En comparant la façon dont ses os se sont fragmentés aux radiographies contemporaines de personnes décédées, ils concluent que la fragmentation des os de ses jambes était « verte », ce qui signifie qu’elle s’est produite juste avant sa mort. Plus précisément, l’articulation de la jambe de Lucy a subi une compression sévère du type auquel on s’attendrait chez quelqu’un qui est tombé sur ses pieds d’une grande hauteur, peut-être d’un arbre local où les nids peuvent être jusqu’à 23 mètres du sol. Cependant, les sceptiques ont souligné que le processus de fossilisation brise souvent les os de la même manière que celui de Lucy, et que les animaux fossilisés en même temps que Lucy ont des fractures similaires.

Il y a également eu beaucoup de débats sur la fréquence et la compétence de Lucy et de son collègue Australopithecus afarensis Il a marché. Plus précisément, Lucy avait un bassin beaucoup plus large et des jambes plus courtes qu’un humain, ce qui, selon certains scientifiques, aurait affecté sa démarche. Un consensus a commencé à émerger ces dernières années en faveur d’une démarche entièrement droite, plutôt qu’une démarche accroupie à la manière des chimpanzés. Weismann a décidé d’utiliser des simulations informatiques et la modélisation musculaire dans l’espoir de faire la lumière sur la question.

Il s’inspire en partie de le travail Du paléobiologiste Oliver Demuth, pionnier de la biomécanique Modèles musculo-squelettiques 3D pour Archosaures éteints. Les espèces disparues laissent souvent derrière elles des os et des squelettes fossilisés, et bien que l’on puisse apprendre beaucoup de ces restes, il faut trouver un moyen de recréer les muscles sous-jacents pour comprendre la biomécanique du mouvement d’une espèce particulière. Demuth a d’abord utilisé l’anatomie des membres d’espèces existantes pour créer des modèles musculo-squelettiques 3D d’animaux connus, puis a simulé des mouvements tels que marcher, courir, sauter et se tenir debout. Puis il a élargi et adapté ces modèles pour les animaux disparus.

Wiseman a suivi un chemin similaire pour son travail sur la reconfiguration musculaire de Lucy. Tout d’abord, elle s’est appuyée sur des IRM et des tomodensitogrammes d’humains adultes, femmes et hommes, pour cartographier les voies musculaires et créer un modèle numérique 3D du muscle squelettique. Ensuite, j’ai utilisé des modèles virtuels open-source récemment publiés du fossile de Lucy pour reconstituer son squelette, montrant comment chaque articulation pouvait bouger et tourner. Enfin, elle couche des muscles sur le dessus, dessinant sur sa carte des voies musculaires humaines, soutenue par quelques traces révélatrices de cicatrices d’où les muscles étaient autrefois attachés aux os fossilisés de Lucy.

Un modèle polygonal 3D, guidé par les données de numérisation d’imagerie et la cicatrisation musculaire, la reconstruction musculaire des membres inférieurs dans Australopithecus afarensis Fossile AL 288-1, surnommé « Lucy ». Crédit : Ashley Weisman

Le modèle résultant comprenait 36 ​​muscles dans chaque jambe. Selon Wiseman, Lucy avait des mollets et des cuisses beaucoup plus gros que les humains modernes. Le muscle principal était plus de deux fois plus gros. 74 % de la cuisse de Lucy est constituée de tissu musculaire, contre 50 % chez les humains. Wiseman a conclu que les muscles extenseurs du genou de Lucy permettraient une pression suffisante pour redresser les articulations du genou comme les humains modernes, permettant ainsi à Lucy de marcher debout, ainsi que d’effectuer une gamme d’autres mouvements similaires aux chimpanzés et aux bonobos.

Ces découvertes ajoutent des preuves supplémentaires au consensus scientifique émergent, mais Wiseman a averti qu’il ne s’agissait pas d’une preuve définitive que Lucy pouvait marcher fréquemment et efficacement. « Lucy a probablement marché et bougé d’une manière que nous ne voyons chez aucun être vivant aujourd’hui », Dit-elle. « Australopithecus afarensis Il a peut-être parcouru les zones de prairies boisées ouvertes ainsi que les forêts plus denses d’Afrique de l’Est il y a environ 3 à 4 millions d’années. Les reconstructions musculaires de Lucy indiquent qu’elle était capable d’exploiter efficacement les deux habitats. »

DOI : Société royale pour la science ouverte, 2023. 10.1098/RSOS.230356 (à propos des DOI).