3D-Muskelrekonstruktion enthüllt, dass "Lucy", die vor 3,2 Millionen Jahren lebte, genauso aufrecht stehen konnte wie moderne Menschen.

Ein Querschnitt des polygonalen Muskelaufbaumodells, geleitet von Muskelspuren und MRT-Daten. Credit: Dr. Ashleigh Wiseman

Die digitale Modellierung des Weichgewebes eines legendären Fossils legt nahe, dass Australopithecus afarensis starke Bein- und Beckenmuskulatur hatte, die für das Leben in Bäumen geeignet waren, aber auch Kniemuskeln, die ein vollständiges aufrechtes Gehen ermöglichten.

Für die erste Zeit hat ein Forscher der Universität Cambridge das fehlende Weichgewebe eines frühen menschlichen Vorfahren oder Hominiden digital rekonstruiert und zeigt, dass er genauso aufrecht stehen konnte wie wir heute.

"Lucys Muskeln deuten darauf hin, dass sie so geschickt im aufrechten Gehen war wie wir." - Dr. Ashleigh Wiseman

Dr. Ashleigh Wiseman hat die Bein- und Beckenmuskulatur des Hominiden Australopithecus afarensis modelliert, indem sie Scans von "Lucy" verwendete, dem berühmten Fossil, das Mitte der 1970er Jahre in Äthiopien entdeckt wurde.

Australopithecus afarensis war eine Frühmenschenart, die vor über drei Millionen Jahren in Ostafrika lebte. Es war kürzer als wir, mit einem affenähnlichen Gesicht und einem kleineren Gehirn, aber es konnte auf zwei Beinen laufen und sich an das Leben sowohl in Bäumen als auch auf der Savanne anpassen - was der Art half, fast eine Million Jahre lang zu überleben.

Benannt nach dem Beatles-Klassiker "Lucy in the Sky with Diamonds" ist Lucy eines der vollständigsten Beispiele für jede Art von Australopithecus, bei der 40% ihres Skeletts geborgen wurden.

Mit kürzlich veröffentlichten Open-Source-Daten des Lucy-Fossils konnte Wiseman ein digitales Modell der Unterleibsmuskulatur des 3,2 Millionen Jahre alten Hominiden erstellen. Die Studie wurde im Journal Royal Society Open Science veröffentlicht.

Die Forschung rekonstruierte 36 Muskeln in jedem Bein, von denen die meisten in Lucy viel größer waren und mehr Platz in den Beinen einnahmen als bei modernen Menschen.

Zum Beispiel waren wichtige Muskeln in Lucys Waden und Oberschenkeln mehr als doppelt so groß wie bei modernen Menschen, da wir ein wesentlich höheres Fett-zu-Muskel-Verhältnis haben. Muskeln machten 74% der Gesamtmasse von Lucys Oberschenkel aus, verglichen mit nur 50% bei Menschen.

Ein polygonales 3D-Modell, geleitet von Bildgebungs- und Muskelspuren, das die Unterkörpermuskulatur des Australopithecus afarensis-Fossils AL 288-1- bekannt als 'Lucy' - rekonstruiert. In diesem Modell wurden die Muskeln farbkodiert. Credit: Dr. Ashleigh Wiseman

Paleoanthropologen sind sich einig, dass Lucy auf zwei Beinen gegangen ist, aber uneins darüber, wie sie gegangen ist. Einige haben argumentiert, dass sie in einem gebückten Trott ging, ähnlich wie Schimpansen - unser gemeinsamer Vorfahre - wenn sie auf zwei Beinen gehen. Andere glauben, dass ihre Bewegung näher an unserem eigenen aufrechten Bipedalismus lag.

In den letzten 20 Jahren hat sich eine Einigung auf vollständig aufrechtes Gehen abgezeichnet, und Wisemans Arbeit trägt weiter dazu bei. Die Kniestrecker-Muskeln von Lucy und das damit verbundene Hebelverhältnis bestätigen die Fähigkeit, die Kniegelenke so weit zu strecken wie eine gesunde Person heute.

"Lucys Fähigkeit zum aufrechten Gehen kann nur durch die Rekonstruktion des Pfads und des Platzes bekannt sein, den ein Muskel im Körper einnimmt", sagte Wiseman vom McDonald Institute for Archaeological Research der Universität Cambridge.

"Wir sind jetzt das einzige Tier, das sich auf geraden Knien aufrecht halten kann. Lucys Muskeln deuten darauf hin, dass sie genauso geschickt im Bipedalismus waren wie wir, während sie möglicherweise auch in den Bäumen zu Hause waren. Lucy ging und bewegte sich wahrscheinlich auf eine Weise, die wir bei keiner lebenden Art heute sehen." Sagte Wiseman.

“Australopithecus afarensis would have roamed areas of open wooded grassland as well as more dense forests in East Africa around 3 to 4 million years ago. These reconstructions of Lucy’s muscles suggest that she would have been able to exploit both habitats effectively.”

Lucy was a young adult, who stood at just over one metre tall and probably weighed around 28kg. Lucy’s brain would have been roughly a third of the size of ours.

To recreate the muscles of this hominin, Wiseman started with some living humans. Using MRI and CT scans of the muscle and bone structures of a modern woman and man, she was able to map the “muscle paths” and build a digital musculoskeletal model.

A 3D polygonal model, guided by imaging scan data and muscle scarring, reconstructing the lower limb muscles of the Australopithecus afarensis fossil AL 288-1, known as ‘Lucy’. Credit: Dr. Ashleigh Wiseman

Wiseman then used existing virtual models of Lucy’s skeleton to “rearticulate” the joints – that is, put the skeleton back together. This work defined the axis from which each joint was able to move and rotate, replicating how they moved during life.

Finally, muscles were layered on top, based on pathways from modern human muscle maps, as well as what little “muscle scarring” was discernible (the traces of muscle connection detectable on the fossilized bones). “Without open access science, this research would not have been possible,” said Wiseman.

These reconstructions can now help scientists understand how this human ancestor walked. “Muscle reconstructions have already been used to gauge running speeds of a T-Rex, for example,” said Wiseman. “By applying similar techniques to ancestral humans, we want to reveal the spectrum of physical movement that propelled our evolution – including those capabilities we have lost.”

Reference: “Three-dimensional volumetric muscle reconstruction of the Australopithecus afarensis pelvis and limb, with estimations of limb leverage” by Ashleigh L. A. Wiseman, 14 June 2023, Royal Society Open Science.DOI: 10.1098/rsos.230356