Sezione trasversale di un approccio di modellazione muscolare poligonale, guidato da dati di cicatrizzazione muscolare e dati di imaging a risonanza magnetica. Credito: Dr. Ashley Weisman

La modellazione digitale dei tessuti molli dei fossili mitologici indica che l’Australopithecus afarensis aveva gambe forti e muscoli pelvici adatti per la dimora sugli alberi, ma muscoli del ginocchio che consentivano di camminare completamente eretti.

Un ricercatore dell’Università di Cambridge ha ricostruito digitalmente per la prima volta il tessuto molle perduto di uno dei primi antenati umani – o ominidi -, rivelando la capacità di stare in piedi come facciamo oggi.

La dottoressa Ashley Weisman ha modellato in 3D la gamba e i muscoli pelvici delle gambe umane Australopithecus afarensis Utilizzando il sondaggio “Lucy”: il famoso esemplare fossile scoperto in Etiopia a metà degli anni ’70.

Australopithecus afarensis Era un uomo primitivo[{” 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 modello poligonale 3D, guidato dall’imaging dei dati di scansione e delle cicatrici muscolari, per ricostruire i muscoli degli arti inferiori del fossile di Australopithecus afarensis AL 288-1, noto come “Lucy”. In questo modello, i muscoli erano codificati a colori. Credito: Dr. Ashley Weisman

I paleoantropologi concordano sul fatto che Lucy camminasse su due gambe, ma non sono d’accordo su come camminava. Alcuni hanno sostenuto che si muovesse in una costola accovacciata, simile agli scimpanzé – il nostro antenato comune – quando camminano su due zampe. Altri pensano che la sua locomozione fosse simile a quella di camminare su due gambe.

La ricerca negli ultimi 20 anni ha visto emergere un consenso sulla deambulazione completamente eretta, e il lavoro di Wiseman aggiunge ancora più peso a questo. I muscoli estensori del ginocchio di Lucy, e la leva che consentono, confermano la capacità di raddrizzare le articolazioni del ginocchio così come una persona sana può fare oggi.

“La capacità di Lucy di camminare eretta può essere conosciuta solo da una ricostruzione della traiettoria e dello spazio occupato dai muscoli all’interno del corpo”, ha detto Wiseman, del MacDonald Institute for Archaeological Research dell’Università di Cambridge.

Viste completate (addominale, dorsale, laterale e mediale) dell’approccio di modellazione muscolare poligonale in AL 288-1, in cui sono stati generati 36 muscoli per ciascun arto inferiore. Il muscolo poligonale di AL 288-1 viene mostrato rispetto al muscolo 3D di un essere umano che è stato sezionato dai dati della scansione MRI. Credito: Dr. Ashley Weisman

“Ora siamo l’unico animale in grado di stare in piedi con le ginocchia dritte. I muscoli di Lucy indicano che era abile nel camminare su due gambe quanto noi, mentre probabilmente è anche a suo agio sugli alberi”. un modo che non vediamo, ha detto Wiseman, in nessun organismo oggi.

“Australopithecus afarensis Potrebbe aver vagato per le praterie boscose aperte e per le foreste più fitte dell’Africa orientale circa 3-4 milioni di anni fa. Le ricostruzioni muscolari di Lucy indicano che è stata in grado di sfruttare efficacemente entrambi gli habitat”.

Lucy era una giovane donna, alta poco più di un metro e probabilmente pesava circa 28 kg. Il cervello di Lucy sarebbe stato circa un terzo del nostro.

Per ricreare i muscoli degli ominidi, Wiseman ha iniziato con alcuni esseri umani viventi. Utilizzando scansioni MRI e TC delle strutture muscoloscheletriche di donne e uomini moderni, sono stato in grado di tracciare “percorsi muscolari” e costruire un modello muscoloscheletrico digitale.

Un modello poligonale 3D, guidato dall’imaging dei dati di scansione e delle cicatrici muscolari, per ricostruire i muscoli degli arti inferiori del fossile di Australopithecus afarensis AL 288-1, noto come “Lucy”. Credito: Dr. Ashley Weisman

Wiseman ha quindi utilizzato modelli virtuali esistenti dello scheletro di Lucy per “rimodellare” le articolazioni, ovvero per rimettere insieme lo scheletro. Questo lavoro ha identificato l’asse da cui ciascuna articolazione era in grado di muoversi e ruotare, replicando il modo in cui si muovevano nel corso della vita.

Infine, strati di muscoli sono stati stratificati sulla parte superiore, sulla base delle traiettorie delle recenti mappe muscolari umane, oltre a piccole “cicatrici muscolari” distinguibili (tracce di contatto muscolare rilevabili sull’osso fossilizzato). “Senza la scienza dell’accesso aperto, questa ricerca non sarebbe stata possibile”, ha affermato Weissman.

Queste ricostruzioni possono ora aiutare gli scienziati a capire come funzionava questo antenato umano. “La ricostruzione muscolare è già stata utilizzata per misurare le velocità di corsa di un T-Rex, per esempio”, ha detto Wiseman. “Applicando tecniche simili agli antenati umani, vogliamo rivelare lo spettro del movimento fisico che ha guidato la nostra evoluzione, comprese quelle abilità che abbiamo perso”.

Riferimento: “Ricostruzione volumetrica tridimensionale del muscolo Australopithecus afarensis Bacino e arti, con stime della pressione degli arti “di Ashley La Wiseman, 14 giugno 2023 disponibile qui. Società Reale per la Scienza Aperta.
DOI: 10.1098/rsos.230356