Трехмерная реконструкция мышц показывает, что «Люси» возрастом 3,2 миллиона лет может стоять прямо, как современные люди

Цифровое моделирование мягких тканей мифологических окаменелостей указывает на то, что у Australopithecus afarensis были сильные мышцы ног и таза, подходящие для проживания на деревьях, но мышцы коленей позволяли ходить прямо.

Исследователь из Кембриджского университета впервые в цифровом виде реконструировал утраченную мягкую ткань одного из первых предков человека, или гомининов, обнаружив способность стоять прямо, как мы сегодня.

Доктор Эшли Вейсман смоделировала в 3D мышцы ног и таза человеческих ног. Австралопитек афарский Использование обзора «Люси»: знаменитый ископаемый образец, обнаруженный в Эфиопии в середине 1970-х годов.

Австралопитек афарский Он был ранним человеком[{» 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.

Трехмерная полигональная модель, основанная на данных сканирования и рубцах мышц, для реконструкции мышц нижних конечностей ископаемого Australopithecus afarensis AL 288-1, известного как «Люси». В этой модели мышцы были закодированы цветом. Предоставлено: д-р Эшли Вайсман.

Палеоантропологи согласны с тем, что Люси ходила на двух ногах, но расходятся во мнениях относительно того, как она ходила. Некоторые утверждали, что он двигался с помощью сгибающегося ребра, как у шимпанзе — нашего общего предка — когда они ходят на двух ногах. Другие считают, что его передвижение было похоже на ходьбу на двух ногах.

Исследования, проведенные за последние 20 лет, выявили консенсус в отношении ходьбы в прямом положении, и работа Уайзмана придает этому еще больше значения. Мышцы-разгибатели колена Люси и рычаги, которые они позволяют, подтверждают способность выпрямлять коленные суставы так же, как сегодня это может сделать здоровый человек.

«Способность Люси ходить прямо может быть известна только по реконструкции траектории и пространства, занимаемого мышцами внутри тела», — сказал Уайзман из Института археологических исследований Макдональда Кембриджского университета.

Завершенные виды (абдоминальный, дорсальный, латеральный и медиальный) подхода к моделированию полигональных мышц в AL 288-1, где для каждой нижней конечности было создано 36 мышц. Многоугольная мышца AL 288-1 показана в сравнении с трехмерной мышцей человека, которая была получена из данных МРТ-сканирования. Предоставлено: д-р Эшли Вайсман.

«Теперь мы единственные животные, которые могут стоять прямо с прямыми коленями. Мышцы Люси указывают на то, что она так же умела ходить на двух ногах, как и мы, в то время как она также, вероятно, чувствовала себя как дома на деревьях. Люси, вероятно, ходила и двигалась в способ, который мы не видим, — сказал Уайзман, — в любом организме сегодня.

«Австралопитек афарский Возможно, он бродил по открытым лесным лугам, а также по более густым лесам Восточной Африки около 3–4 миллионов лет назад. Реконструкция мышц Люси показывает, что она смогла эффективно использовать обе среды обитания».

Люси была молодой женщиной ростом чуть больше метра и, вероятно, весом около 28 кг. Мозг Люси был бы примерно в треть меньше нашего.

Чтобы воссоздать мускулы гомининов, Уайзман начал с нескольких живых людей. Используя МРТ и компьютерную томографию скелетно-мышечных структур современных женщин и мужчин, я смог построить «мышечные пути» и построить цифровую модель скелетно-мышечной системы.

Трехмерная полигональная модель, основанная на данных сканирования и рубцах мышц, для реконструкции мышц нижних конечностей ископаемого Australopithecus afarensis AL 288-1, известного как «Люси». Предоставлено: д-р Эшли Вайсман.

Затем Уайзман использовал существующие виртуальные модели скелета Люси, чтобы «изменить форму» суставов, то есть снова собрать скелет. Эта работа определила ось, по которой каждый сустав мог двигаться и вращаться, повторяя то, как они двигались в течение жизни.

Наконец, слои мышц были наслоены сверху, основываясь на траекториях из недавних карт мышц человека, а также на различимых небольших «мышечных рубцах» (следы контакта мышц, обнаруживаемые на окаменевшей кости). «Без науки об открытом доступе это исследование было бы невозможно», — сказал Вайсман.

Эти реконструкции теперь могут помочь ученым понять, как функционировал этот человеческий предок. «Реконструкция мышц уже использовалась, например, для измерения скорости бега T-Rex», — сказал Уайзман. «Применяя аналогичные методы к человеческим предкам, мы хотим раскрыть спектр физических движений, которые вели нашу эволюцию, включая те способности, которые мы потеряли».

Ссылка: «Трехмерная объемная реконструкция мышцы». Австралопитек афарский Таз и конечности с оценкой давления на конечности», Эшли Ла Уайзман, 14 июня 2023 г. Доступно здесь. Королевское общество открытой науки.
DOI: 10.1098/rsos.230356