3D-Muskelrekonstruktion zeigt, dass die 3,2 Millionen Jahre alte „Lucy“ wie moderne Menschen aufrecht stehen konnte

Die digitale Modellierung des Weichgewebes der mythologischen Fossilien zeigt, dass Australopithecus afarensis über starke Bein- und Beckenmuskeln verfügte, die für das Bewohnen von Bäumen geeignet waren, aber über Kniemuskeln, die ein vollständig aufrechtes Gehen ermöglichten.

Ein Forscher der Universität Cambridge hat zum ersten Mal die verlorenen Weichteile eines frühen menschlichen Vorfahren – oder Homininen – digital rekonstruiert und dabei die Fähigkeit offenbart, aufrecht zu stehen, wie wir es heute tun.

Dr. Ashley Weisman hat die Bein- und Beckenmuskulatur menschlicher Beine in 3D modelliert Australopithecus afarensis Mithilfe der „Lucy“-Umfrage: das berühmte Fossil, das Mitte der 1970er Jahre in Äthiopien entdeckt wurde.

Australopithecus afarensis Er war ein früher Mensch[{“ 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.

Ein 3D-Polygonalmodell, das auf der Bildgebung von Scandaten und Muskelnarben basiert, um die Muskeln der unteren Extremitäten des Australopithecus afarensis-Fossils AL 288-1, bekannt als „Lucy“, zu rekonstruieren. In diesem Modell waren die Muskeln farblich gekennzeichnet. Bildnachweis: Dr. Ashley Weisman

Paläoanthropologen sind sich einig, dass Lucy auf zwei Beinen ging, sind sich aber nicht einig darüber, wie sie ging. Einige haben argumentiert, dass es sich in einer geduckten Rippe bewegte, ähnlich wie Schimpansen – unser gemeinsamer Vorfahre – wenn sie auf zwei Beinen gehen. Andere glauben, dass seine Fortbewegung dem Gehen auf zwei Beinen ähnelte.

Die Forschung der letzten 20 Jahre hat gezeigt, dass sich ein Konsens über das vollständig aufrechte Gehen herausgebildet hat, und Wisemans Arbeit verleiht dieser Aussage noch mehr Gewicht. Lucys Kniestreckmuskeln und die Hebelwirkung, die sie ermöglichen, bestätigen die Fähigkeit, Kniegelenke so gut zu strecken, wie es ein gesunder Mensch heute kann.

„Lucys Fähigkeit, aufrecht zu gehen, kann nur durch eine Rekonstruktion der Flugbahn und des von den Muskeln im Körper eingenommenen Raums ermittelt werden“, sagte Wiseman vom MacDonald Institute for Archaeological Research der Universität Cambridge.

Vollständige Ansichten (abdominal, dorsal, lateral und medial) des Ansatzes der polygonalen Muskelmodellierung in AL 288-1, bei dem 36 Muskeln für jede untere Extremität generiert wurden. Dargestellt ist der polygonale Muskel von AL 288-1 im Vergleich zum 3D-Muskel eines Menschen, der anhand der MRT-Scandaten geschnitten wurde. Bildnachweis: Dr. Ashley Weisman

„Wir sind jetzt das einzige Tier, das aufrecht mit gestreckten Knien stehen kann. Lucys Muskeln zeigen, dass sie genauso gut auf zwei Beinen laufen konnte wie wir, während sie sich wahrscheinlich auch in den Bäumen zu Hause fühlt.“ Lucy ging wahrscheinlich zu Fuß und zog ein „Ein Weg, den wir heute in keinem Organismus sehen“, sagte Wiseman.

„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.“

Lucy war eine junge Frau, etwas mehr als einen Meter groß und wog wahrscheinlich etwa 28 kg. Lucys Gehirn wäre etwa ein Drittel so groß wie unseres.

Um die Muskeln der Homininen nachzubilden, begann Wiseman mit einigen lebenden Menschen. Mithilfe von MRT- und CT-Scans der Muskel-Skelett-Strukturen moderner Frauen und Männer konnte ich „Muskelbahnen“ aufzeichnen und ein digitales Muskel-Skelett-Modell erstellen.

Ein 3D-Polygonalmodell, das auf der Bildgebung von Scandaten und Muskelnarben basiert, um die Muskeln der unteren Extremitäten des Australopithecus afarensis-Fossils AL 288-1, bekannt als „Lucy“, zu rekonstruieren. Bildnachweis: Dr. Ashley Weisman

Wiseman nutzte dann vorhandene virtuelle Modelle von Lucys Skelett, um die Gelenke „umzuformen“, das heißt, um das Skelett wieder zusammenzusetzen. Diese Arbeit identifizierte die Achse, von der aus sich jedes Gelenk bewegen und drehen konnte, und reproduzierte so, wie sie sich durch das Leben bewegten.

Schließlich wurden Muskelschichten darüber geschichtet, basierend auf Trajektorien aus neueren menschlichen Muskelkarten, sowie erkennbaren kleinen „Muskelnarben“ (Spuren von Muskelkontakt, die auf versteinerten Knochen erkennbar sind). „Ohne die Wissenschaft des Open Access wäre diese Forschung nicht möglich gewesen“, sagte Weissman.

Diese Rekonstruktionen können Wissenschaftlern nun dabei helfen, die Funktionsweise dieses menschlichen Vorfahren zu verstehen. „Muskelrekonstruktion wurde beispielsweise bereits zur Messung der Laufgeschwindigkeit eines T-Rex eingesetzt“, sagte Wiseman. „Indem wir ähnliche Techniken auf menschliche Vorfahren anwenden, wollen wir das Spektrum der körperlichen Bewegung offenbaren, das unsere Evolution vorangetrieben hat – einschließlich der Fähigkeiten, die wir verloren haben.“

Referenz: „Dreidimensionale volumetrische Rekonstruktion des Muskels.“ Australopithecus afarensis „Becken und Gliedmaßen, mit Schätzungen des Gliedmaßendrucks“ von Ashley La Wiseman, 14. Juni 2023, hier verfügbar. Royal Society for Open Science.
DOI: 10.1098/rsos.230356