Giugno 24, 2024

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La ricostruzione muscolare 3D mostra “Lucy” di 3,2 milioni di anni che cammina eretta – Ars Technica

La ricostruzione muscolare 3D mostra “Lucy” di 3,2 milioni di anni che cammina eretta – Ars Technica
Ricostruzione 3D dei muscoli degli arti inferiori Australopithecus afarensis Fossile AL 288-1, soprannominato “Lucy”. Credito: Ashley Weisman

Ricostruzione 3D dei muscoli degli arti inferiori Australopithecus afarensis Fossile AL 288-1, soprannominato “Lucy”. Credito: Ashley Weisman

Uno dei fossili più famosi nella storia dell’evoluzione umana è noto comeLucia“che appartiene a una specie estinta chiamata Australopithecus afarensis-un parente Homo sapiens che fu uno dei primi ominini a camminare eretti. Ma gli scienziati hanno discusso a lungo su quanto potesse camminare bipede. Ora, una ricreazione digitale in 3D dell’anatomia muscolare di Lucy, combinata con simulazioni al computer, ha riconfermato che era pienamente in grado di camminare completamente eretta. I risultati appaiono in un nuovo documento di ricerca pubblicato sulla rivista Royal Society Open Science.

“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 l’autore Ashley Weisman, un archeologo dell’Università di Cambridge. “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 zampe quanto noi, ma probabilmente era anche a suo agio sugli alberi”.

I resti di Lucy furono trovati nel 1974 in Etiopia in un sito chiamato Hadar. Diversi paleoantropologi, tra cui Donald Johanson, Mary Leakey ed Eve Coppens, iniziarono a scansionare il sito alla ricerca di segni di fossili legati all’origine dell’uomo. La prima scoperta interessante avvenne nel novembre 1971, quando Johansson trovò un osso tibiale superiore fossilizzato, vicino all’estremità inferiore del femore. Ora noto come AL 129-1 e risalente a più di 3 milioni di anni fa, l’angolo dell’articolazione del ginocchio indicava che si trattava di un Ominidi (ora conosciuto come Australopiteco afarinsiS) in grado di camminare eretto.

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(A sinistra) Ricostruzione dello scheletro fossile di
Ingrandire / (A sinistra) Ricostruzione dello scheletro fossile di “Lucy”. (Centro) Ricostruzione dello scheletro di Lucy al Cleveland Museum of Natural History. (A destra) Ricostruzione di Lucy nel Museo Nazionale di Antropologia in Messico.

Ma una scoperta veramente significativa avvenne il 24 novembre 1974, quando Johansson e il compagno di spedizione Tom Gray decisero di esaminare il fondo di un piccolo canalone. Johansson ha scoperto un frammento di osso del braccio, poi parte del cranio, poi parte del femore. Ulteriori esplorazioni nelle settimane successive hanno prodotto molte ossa, tra cui vertebre, parte del bacino, costole e frammenti di mandibola, che appartenevano tutti agli stessi ominidi. Tutto sommato, c’erano diverse centinaia di pezzi di ossa fossilizzate che costituivano il 40 percento dello scheletro femminile completo. Questa era “Lucy”, alias AL 288-1, dal nome della melodia dei Beatles del 1967 “Lucy in the Sky with Diamonds”, che veniva suonata ad alto volume e ripetutamente su un registratore da campo.

Una volta che tutti i pezzi sono stati messi insieme, gli scienziati sono stati in grado di ricostruire Lucy, rivelando che era lunga 1,1 metri (3 piedi, 7 pollici) e pesava circa 29 chilogrammi (64 libbre). Il suo cervello era piccolo, come quello di uno scimpanzé, ma il suo bacino e le ossa delle gambe (compreso il cervello alluce valgo) sembrava quasi identico agli umani moderni, il che lo suggerisce Australopithecus afarensis Era completamente bipede, cioè stava in piedi e camminava eretto.

Il modo in cui è morta Lucy è oggetto di accesi dibattiti accademici. Controverso Carta 2016 È stato suggerito che un’attenta analisi delle sue ossa ha rivelato come è morta – cadendo mortalmente da un albero molto alto – sebbene altri studiosi (incluso Johansson) pensassero che le prove fossero al massimo tenui. Come riportato all’epoca, l’antropologo dell’Università del Texas-Austin John Kappelman e il suo team hanno eseguito scansioni a raggi X complete delle ossa di Lucy, consentendo loro di creare rendering 3D ad alta risoluzione e stampe 3D del suo scheletro.

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Confrontando il modo in cui le sue ossa si sono frammentate con i raggi X contemporanei di persone cadute, concludono che la frammentazione delle sue ossa delle gambe era “verde”, nel senso che si è verificata poco prima della sua morte. Nello specifico, l’articolazione della gamba di Lucy ha subito una grave compressione del tipo che ci si aspetterebbe in qualcuno che è caduto in piedi da una grande altezza, forse da un albero locale dove i nidi possono trovarsi fino a 23 metri da terra. Tuttavia, gli scettici hanno sottolineato che il processo di fossilizzazione spesso rompe le ossa allo stesso modo di Lucy, e gli animali fossilizzati nello stesso momento di Lucy hanno fratture simili.

Muscoli poligonali
Ingrandire / Confrontando i muscoli poligonali di “Lucy” con i muscoli 3D di un essere umano.

Ashley Weismann

Si è discusso molto anche sulla frequenza e la competenza di Lucy e della sua collega Australopithecus afarensis Camminò. Nello specifico, Lucy aveva un bacino molto più largo e gambe più corte di un essere umano, cosa che secondo alcuni scienziati avrebbe influenzato la sua andatura. Negli ultimi anni ha iniziato a emergere un consenso a favore di un’andatura completamente eretta, piuttosto che accovacciata, in stile scimpanzé. Weismann ha deciso di utilizzare simulazioni al computer e modellazione muscolare nella speranza di fare più luce sulla questione.

È stato in parte ispirato da il lavoro Dal paleobiologo Oliver Demuth, pioniere della biomeccanica Modelli muscoloscheletrici 3D A Arcosauri estinti. Le specie estinte spesso lasciano dietro di sé ossa e scheletri fossilizzati e, sebbene si possa imparare molto da quei resti, è necessario trovare un modo per ricreare i muscoli sovrastanti per comprendere la biomeccanica di come si muove una particolare specie. Demuth ha utilizzato per la prima volta l’anatomia degli arti delle specie esistenti per creare modelli muscoloscheletrici 3D di animali conosciuti e poi ha simulato movimenti come camminare, correre, saltare e stare in piedi. Quindi ha ampliato e adattato questi modelli per animali estinti.

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Wiseman ha seguito un percorso simile per il suo lavoro sulla riconfigurazione muscolare di Lucy. In primo luogo, ha fatto affidamento su scansioni MRI e TC di esseri umani adulti, femmine e maschi, per mappare i percorsi muscolari e creare un modello digitale 3D del muscolo scheletrico. Successivamente, ho utilizzato modelli virtuali open source pubblicati di recente del fossile di Lucy per rimettere insieme il suo scheletro, mostrando come ogni articolazione potrebbe muoversi e ruotare. Infine, sovrappone i muscoli in cima, attingendo alla sua mappa dei percorsi muscolari umani, sostenuta da alcune tracce rivelatrici di cicatrici da dove i muscoli erano un tempo attaccati alle ossa fossilizzate di Lucy.

Un modello poligonale 3D, guidato da dati di scansione di immagini e cicatrici muscolari, ricostruzione muscolare degli arti inferiori in Australopithecus afarensis Fossile AL 288-1, soprannominato “Lucy”. Credito: Ashley Weisman

Un modello poligonale 3D, guidato da dati di scansione di immagini e cicatrici muscolari, ricostruzione muscolare degli arti inferiori in Australopithecus afarensis Fossile AL 288-1, soprannominato “Lucy”. Credito: Ashley Weisman

Il modello risultante includeva 36 muscoli in ciascuna gamba. Secondo Wiseman, Lucy aveva polpacci e cosce molto più grandi degli umani moderni. Il muscolo principale era più del doppio delle dimensioni. Il 74 percento della coscia di Lucy è costituito da tessuto muscolare rispetto al 50 percento negli esseri umani. Wiseman ha concluso che i muscoli estensori del ginocchio di Lucy consentirebbero una pressione sufficiente per raddrizzare le articolazioni del ginocchio come gli umani moderni, consentendo così a Lucy di camminare eretta, oltre a eseguire una serie di altri movimenti simili a scimpanzé e bonobo.

Questi risultati aggiungono ulteriori prove al consenso scientifico emergente, ma Wiseman ha avvertito che questa non è una prova definitiva che Lucy possa camminare frequentemente ed efficacemente. “Lucy probabilmente camminava e si muoveva in un modo che non vediamo in nessun essere vivente oggi”, Lei disse. “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”.

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