3D-Muskelrekonstruktion zeigt die 3,2 Millionen Jahre alte „Lucy“ beim aufrechten Gehen – Ars Technica

Eines der berühmtesten Fossilien in der Geschichte der menschlichen Evolution ist bekannt alsLucy„die zu einer ausgestorbenen Art namens gehört Australopithecus afarensis-ein Verwandter Homo sapiens Er war einer der ersten Homininen, die aufrecht gingen. Aber Wissenschaftler haben lange darüber diskutiert, wie zweibeinig es gehen könnte. Nun hat eine digitale 3D-Nachbildung von Lucys Muskelanatomie in Kombination mit Computersimulationen erneut bestätigt, dass sie vollständig aufrecht gehen konnte. Die Ergebnisse erscheinen in einem neuen Forschungsbericht, der in der Zeitschrift Royal Society Open Science veröffentlicht wurde.

„Lucys Fähigkeit, aufrecht zu gehen, kann nur durch eine Rekonstruktion der Bewegungsbahn und des von den Muskeln im Körper eingenommenen Raums ermittelt werden.“ sagte Autorin Ashley Weisman, ein Archäologe an der Universität Cambridge. „Wir sind jetzt das einzige Tier, das mit gestreckten Knien aufrecht stehen kann. Lucys Muskeln zeigen, dass sie genauso gut auf zwei Beinen laufen konnte wie wir, sich aber wahrscheinlich auch in den Bäumen zu Hause fühlte.“

Lucys Überreste wurden 1974 in Äthiopien an einem Ort namens Hadar gefunden. Mehrere Paläoanthropologen – darunter Donald Johanson, Mary Leakey und Eve Coppens – begannen, die Stätte nach Anzeichen von Fossilien abzusuchen, die mit der Herkunft des Menschen in Zusammenhang stehen. Die erste interessante Entdeckung erfolgte im November 1971, als Johansson einen versteinerten oberen Schienbeinknochen nahe dem unteren Ende des Oberschenkelknochens fand. Heute als AL 129-1 bekannt und mehr als 3 Millionen Jahre alt, deutete der Winkel des Kniegelenks darauf hin, dass es sich um ein handelte Hominiden (heute bekannt als Australopithecus afarinsiS) kann aufrecht gehen.

Eine wirklich bedeutende Entdeckung gelang jedoch am 24. November 1974, als Johansson und sein Expeditionsmitglied Tom Gray beschlossen, den Grund einer kleinen Schlucht zu untersuchen. Johansson entdeckte ein Fragment eines Armknochens, dann einen Teil des Schädels und dann einen Teil des Oberschenkelknochens. Weitere Erkundungen in den nächsten Wochen brachten viele Knochen zutage, darunter Wirbel, Teile des Beckens, Rippen und Kieferfragmente, die alle zu denselben Hominiden gehörten. Insgesamt gab es mehrere hundert versteinerte Knochenstücke, die 40 Prozent des gesamten weiblichen Skeletts ausmachten. Das war „Lucy“, auch bekannt als AL 288-1, benannt nach dem Beatles-Song „Lucy in the Sky with Diamonds“ von 1967, der laut und wiederholt auf einem Camp-Tonbandgerät abgespielt wurde.

Nachdem alle Teile zusammengesetzt waren, konnten die Wissenschaftler Lucy rekonstruieren und dabei feststellen, dass sie 1,1 Meter (3 Fuß, 7 Zoll) lang war und etwa 29 Kilogramm (64 Pfund) wog. Sein Gehirn war klein wie das eines Schimpansen, aber sein Becken und seine Beinknochen (einschließlich des Gehirns) waren klein Hallux valgus) sah fast genauso aus wie moderne Menschen, was darauf hindeutet Australopithecus afarensis Er war völlig zweibeinig, das heißt, er stand aufrecht und ging aufrecht.

Wie Lucy starb, ist Gegenstand hitziger wissenschaftlicher Debatten. Umstritten Papier 2016 Es wurde vermutet, dass eine sorgfältige Analyse ihrer Knochen enthüllte, wie sie starb – indem sie von einem sehr hohen Baum in den Tod stürzte –, obwohl andere Gelehrte (einschließlich Johansson) die Beweise für bestenfalls dürftig hielten. Wie wir damals berichteten, führten der Anthropologe John Kappelman von der University of Texas-Austin und sein Team vollständige Röntgenscans von Lucys Knochen durch und konnten so hochauflösende 3D-Renderings und 3D-Drucke ihres Skeletts erstellen.

Sie vergleichen die Fragmentierung ihrer Knochen mit zeitgenössischen Röntgenbildern gefallener Menschen und kommen zu dem Schluss, dass die Fragmentierung ihrer Beinknochen „grün“ war, was bedeutet, dass sie kurz vor ihrem Tod auftrat. Insbesondere wurde das Gelenk in Lucys Bein stark komprimiert, wie man es von jemandem erwarten würde, der aus großer Höhe auf die Füße fiel, möglicherweise von einem einheimischen Baum, wo sich die Nester bis zu 23 Meter über dem Boden befinden können. Skeptiker haben jedoch darauf hingewiesen, dass der Fossilisierungsprozess oft auf die gleiche Weise wie bei Lucy zu Knochenbrüchen führt und dass Tiere, die zur gleichen Zeit wie Lucy versteinert wurden, ähnliche Brüche erleiden.

Es gab auch viele Debatten über die Häufigkeit und Kompetenz von Lucy und ihrer Kollegin Australopithecus afarensis Er lief. Insbesondere hatte Lucy ein viel breiteres Becken und kürzere Beine als ein Mensch, was sich nach Ansicht einiger Wissenschaftler auf ihren Gang ausgewirkt hätte. In den letzten Jahren zeichnete sich ein Konsens zugunsten eines vollständig aufrechten Gangs statt eines geduckten Gangs im Schimpansenstil ab. Weismann entschied sich für den Einsatz von Computersimulationen und Muskelmodellen, um mehr Licht ins Dunkel zu bringen.

Es wurde teilweise inspiriert von die Arbeit Vom Paläobiologen Oliver Demuth, dem Pionier der Biomechanik 3D-Modelle des Bewegungsapparates Zu Ausgestorbene Archosaurier. Ausgestorbene Arten hinterlassen oft versteinerte Knochen und Skelette, und obwohl aus diesen Überresten viel gelernt werden kann, muss man einen Weg finden, die darüber liegenden Muskeln wiederherzustellen, um die Biomechanik der Bewegung einer bestimmten Art zu verstehen. Demuth nutzte zunächst die Gliedmaßenanatomie lebender Arten, um 3D-Modelle des Bewegungsapparats bekannter Tiere zu erstellen und simulierte dann Bewegungen wie Gehen, Laufen, Springen und Stehen. Anschließend erweiterte und adaptierte er diese Modelle für ausgestorbene Tiere.

Einen ähnlichen Weg verfolgte Wiseman bei ihrer Arbeit an Lucys Muskelrekonfiguration. Zunächst stützte sie sich auf MRT- und CT-Scans erwachsener Menschen, Frauen und Männer, um Muskelbahnen zu kartieren und ein digitales 3D-Modell der Skelettmuskulatur zu erstellen. Als nächstes habe ich kürzlich veröffentlichte virtuelle Open-Source-Modelle von Lucys Fossil verwendet, um ihr Skelett wieder zusammenzusetzen und zu zeigen, wie sich jedes Gelenk bewegen und drehen kann. Schließlich schichtet sie Muskeln darüber und zeichnet dabei auf ihrer Karte der menschlichen Muskelbahnen, unterstützt durch ein paar verräterische Narbenspuren von der Stelle, an der einst Muskeln an Lucys versteinerten Knochen befestigt waren.

Ein 3D-Polygonalmodell, basierend auf bildgebenden Scandaten und Muskelnarben, Rekonstruktion der Muskeln der unteren Extremitäten Australopithecus afarensis Fossil AL 288-1, Spitzname „Lucy“. Bildnachweis: Ashley Weisman

Das resultierende Modell umfasste 36 Muskeln in jedem Bein. Laut Wiseman hatte Lucy viel größere Waden und Oberschenkel als moderne Menschen. Der Hauptmuskel war mehr als doppelt so groß. Lucys Oberschenkel besteht zu 74 Prozent aus Muskelgewebe, beim Menschen sind es 50 Prozent. Wiseman kam zu dem Schluss, dass Lucys Kniestreckmuskeln genügend Druck zulassen würden, um die Kniegelenke wie moderne Menschen zu strecken, sodass Lucy aufrecht gehen und eine Reihe anderer Bewegungen ausführen könnte, die denen von Schimpansen und Bonobos ähneln.

Diese Ergebnisse ergänzen den sich abzeichnenden wissenschaftlichen Konsens um weitere Beweise, doch Wiseman warnte, dass dies kein endgültiger Beweis dafür sei, dass Lucy häufig und effektiv gehen kann. „Lucy ging und bewegte sich wahrscheinlich auf eine Weise, die wir heute bei keinem Lebewesen sehen.“ Sie sagte. „Australopithecus afarensis Es könnte vor etwa 3 bis 4 Millionen Jahren die offenen bewaldeten Graslandgebiete sowie die dichteren Wälder Ostafrikas durchstreift haben. Lucys Muskelrekonstruktionen zeigen, dass sie beide Lebensräume effektiv nutzen konnte.“

DOI: Royal Society for Open Science, 2023. 10.1098/RSOS.230356 (über DOIs).