La reconstruction musculaire 3D révèle que « Lucy », âgée de 3,2 millions d’années, pouvait se tenir debout comme les humains modernes

La modélisation numérique des tissus mous des fossiles mythologiques indique que l’Australopithecus afarensis possédait de solides muscles des jambes et du bassin adaptés à l’arboriculture, mais des muscles du genou qui permettaient de marcher complètement debout.

Un chercheur de l’Université de Cambridge a reconstruit numériquement les tissus mous perdus d’un ancêtre humain précoce – ou hominidé – pour la première fois, révélant la capacité de se tenir debout comme nous le faisons aujourd’hui.

Le Dr Ashley Weisman a modélisé en 3D les muscles des jambes et du bassin des jambes humaines Australopithecus afarensis Utilisation de l’enquête « Lucy »: le célèbre spécimen fossile découvert en Éthiopie au milieu des années 1970.

Australopithecus afarensis C’était un des premiers humains[{ » 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.

Un modèle polygonal 3D, guidé par l’imagerie des données de numérisation et des cicatrices musculaires, pour reconstruire les muscles des membres inférieurs du fossile d’Australopithecus afarensis AL 288-1, connu sous le nom de « Lucy ». Dans ce modèle, les muscles étaient codés par couleur. Crédit : Dr Ashley Weisman

Les paléoanthropologues conviennent que Lucy marchait sur deux jambes, mais ils ne sont pas d’accord sur la façon dont elle marchait. Certains ont soutenu qu’il se déplaçait dans une côte accroupie, semblable aux chimpanzés – notre ancêtre commun – lorsqu’ils marchent sur deux pattes. D’autres pensent que sa locomotion s’apparentait à la marche sur deux jambes.

La recherche au cours des 20 dernières années a vu un consensus émerger autour de la marche en érection complète, et le travail de Wiseman ajoute encore plus de poids à cela. Les muscles extenseurs du genou de Lucy, et l’effet de levier qu’ils permettent, confirment la capacité de redresser les articulations du genou aussi bien qu’une personne en bonne santé le peut aujourd’hui.

« 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 Wiseman, de l’Institut MacDonald pour la recherche archéologique de l’Université de Cambridge.

Vues complètes (abdominale, dorsale, latérale et médiale) de l’approche de modélisation musculaire polygonale dans AL 288-1, où 36 muscles ont été générés pour chaque membre inférieur. Le muscle polygonal d’AL 288-1 est comparé au muscle 3D d’un humain qui a été sectionné à partir des données d’IRM. Crédit : Dr Ashley Weisman

« 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, alors qu’elle est aussi probablement à l’aise dans les arbres.  » Lucy a probablement marché et emménagé. une façon que nous ne voyons pas, dit Wiseman, dans aucun organisme aujourd’hui.

« 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. »

Lucy était une jeune femme, mesurant un peu plus d’un mètre et pesant probablement environ 28 kg. Le cerveau de Lucy aurait fait environ un tiers de la taille du nôtre.

Pour recréer les muscles des hominines, Wiseman a commencé avec des humains vivants. En utilisant des IRM et des tomodensitogrammes des structures musculo-squelettiques des femmes et des hommes modernes, j’ai pu tracer des « voies musculaires » et construire un modèle musculo-squelettique numérique.

Un modèle polygonal 3D, guidé par l’imagerie des données de numérisation et des cicatrices musculaires, pour reconstruire les muscles des membres inférieurs du fossile d’Australopithecus afarensis AL 288-1, connu sous le nom de « Lucy ». Crédit : Dr Ashley Weisman

Wiseman a ensuite utilisé des modèles virtuels existants du squelette de Lucy pour « remodeler » les articulations, c’est-à-dire pour reconstituer le squelette. Ce travail a identifié l’axe à partir duquel chaque articulation était capable de se déplacer et de tourner, reproduisant la façon dont elle se déplaçait tout au long de la vie.

Enfin, des couches de muscles ont été superposées, sur la base de trajectoires issues de cartes musculaires humaines récentes, ainsi que de petites «cicatrices musculaires» discernables (traces de contact musculaire détectables sur des os fossilisés). « Sans la science du libre accès, cette recherche n’aurait pas été possible », a déclaré Weissman.

Ces reconstructions peuvent désormais aider les scientifiques à comprendre comment fonctionnait cet ancêtre humain. « La reconstruction musculaire a déjà été utilisée pour mesurer les vitesses de course d’un T-Rex, par exemple », a déclaré Wiseman. « En appliquant des techniques similaires aux ancêtres humains, nous voulons révéler le spectre des mouvements physiques qui ont conduit notre évolution – y compris les capacités que nous avons perdues. »

Référence : « Reconstruction volumétrique tridimensionnelle du muscle ». Australopithecus afarensis Pelvis and Limb, with Limb Pressure Estimates » Par Ashley La Wiseman, 14 juin 2023 Disponible ici. Société royale pour la science ouverte.
DOI : 10.1098/rsos.230356