Studie legt nahe, dass menschliche Schultern und Ellenbogen als Bremsen für kletternde Affen zuerst entstanden sind.

5. September 2023

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Korrekturgelesen von Dartmouth College

Die rotierenden Schultern und die ausstreckbaren Ellbogen, die es Menschen ermöglichen, nach einem hohen Regal zu greifen oder mit Freunden zu werfen, könnten sich zuerst als natürliche Bremssysteme für unsere primaten Vorfahren entwickelt haben, die einfach aus Bäumen herauskommen mussten, ohne zu sterben.

Dartmouth-Forscher berichten, dass Affen und frühe Menschen wahrscheinlich sich frei bewegende Schultern und flexible Ellbogen entwickelt haben, um ihren Abstieg von Bäumen zu verlangsamen, während die Schwerkraft auf ihre schwereren Körper wirkte. Das Papier "Downclimbing und die Evolution der Vorarmmorphologien bei Affen" wurde in der Royal Society Open Science veröffentlicht.

Als frühe Menschen die Wälder gegen die grasbewachsene Savanne tauschten, waren ihre vielseitigen Gliedmaßen laut den Forschern essentiell für die Nahrungssuche und den Einsatz von Werkzeugen zur Jagd und Verteidigung.

Die Forscher verwendeten Sportanalyse- und Statistiksoftware, um Videos und Standbilder von Schimpansen und kleinen Affen namens Mangabeys, die in freier Wildbahn klettern, zu vergleichen.

Sie stellten fest, dass Schimpansen und Mangabeys ähnlich den Bäumen kletterten, wobei Schultern und Ellbogen größtenteils nahe am Körper gebeugt waren. Beim Abstieg jedoch streckten Schimpansen ihre Arme über ihren Kopf aus, um sich an Zweigen festzuhalten, ähnlich wie eine Person auf einer Leiter nach unten geht, während ihr größeres Gewicht sie mit dem Hinterteil nach unten zieht.

Luke Fannin, Erstautor der Studie und Doktorand am Programm für Ökologie, Evolution, Umwelt und Gesellschaft der Dartmouth, sagte, die Ergebnisse seien unter den ersten, die die Bedeutung des "Downclimbings" bei der Evolution von Affen und frühen Menschen identifizieren, die genetisch enger miteinander verwandt sind als mit Affen.

Bisher konnte man anhand von Versuchen beobachten, wie Schimpansen Bäume erklimmen und navigieren. Die umfangreichen Videoaufnahmen aus freier Wildbahn ermöglichten es den Forschern jedoch, zu untersuchen, wie sich die Körper der Tiere an den Abstieg angepasst haben, so Fannin.

"Unsere Studie behandelt das Thema des Abstiegs als einen unterschätzten, aber unglaublich wichtigen Faktor für die divergierenden anatomischen Unterschiede zwischen Affen und Menschen, die sich letztendlich bei Menschen manifestierten", sagte Fannin. "Das Absteigen stellte eine bedeutende körperliche Herausforderung dar, die aufgrund der Größe von Affen und frühen Menschen durch die Naturauswahl aufgrund des Sturzrisikos beantwortet wurde."

"Unsere Wissenschaftszweig hat lange Zeit darüber nachgedacht, wie Affen Bäume erklimmen, was in der Literatur so gut wie vollständig fehlte, war der Fokus darauf, wie sie aus einem Baum herauskommen. Wir haben die zweite Hälfte dieses Verhaltens ignoriert", sagte Jeremy DeSilva, Mitautor der Studie und Professor für Anthropologie an der Dartmouth.

"Die ersten Affen entwickelten sich vor 20 Millionen Jahren in den verteilten Wäldern, in denen sie auf einen Baum gingen, um ihre Nahrung zu bekommen, und dann wieder auf den Boden kamen, um zum nächsten Baum zu gehen", sagte DeSilva.

"Das Herauskommen aus einem Baum birgt alle möglichen neuen Herausforderungen. Große Affen können es sich nicht erlauben zu fallen, da sie dadurch getötet oder schwer verletzt werden könnten. Die natürlich Selektion hätte diejenigen Anatomien begünstigt, die ihnen einen sicheren Abstieg ermöglichten."

Flexible Schultern und Ellbogen von stammesgeschichtlichen Affen hätten es frühen Menschen wie Australopithecus ermöglicht, nachts sicher Bäume zu erklimmen und am Tag unbeschadet wieder herunterzukommen, sagte DeSilva.

Als Homo erectus Feuer benutzen konnte, um sich vor nächtlichen Raubtieren zu schützen, erhielt die menschliche Form breitere Schultern, die einen 90-Grad-Winkel ermöglichten und in Kombination mit freibeweglichen Schultern und Ellbogen unsere Vorfahren zu hervorragenden Schützen mit einem Speer machten (Affen können nicht genau werfen).

"Es ist die gleiche frühe Affenanatomie mit ein paar Änderungen. Jetzt hat man etwas, das einen Speer oder Steine werfen kann, um sich vor dem Fressen zu schützen oder um selbst Dinge zum Essen zu töten. Das ist es, was Evolution tut - sie ist ein großer Tüftler", sagte DeSilva.

"Das Absteigen aus einem Baum setzte die anatomische Bühne für etwas, das Millionen von Jahren später entstand", sagte er. "Wenn ein Quarterback der NFL einen Football wirft, ist diese Bewegung alles dank unserer Affenvorfahren."

Trotz der mangelnden Eleganz von Schimpansen, so Fannin, haben sich ihre Arme angepasst, um sicher auf den Boden zu gelangen - und ihre Gliedmaßen ähneln bemerkenswert denen moderner Menschen.

'It's the template that we came from—going down was probably far more of a challenge for our early ancestors, too,' Fannin said. 'Even once humans became upright, the ability to ascend, then descend, a tree would've been incredibly useful for safety and nourishment, which is the name of the game when it comes to survival. We're modified, but the hallmarks of our ape ancestry remain in our modern skeletons.'

The researchers also studied the anatomical structure of chimp and mangabey arms using skeletal collections at Harvard University and The Ohio State University, respectively. Like people, chimps have a shallow ball-and-socket shoulder that—while more easily dislocated—allows for a greater range of movement, Fannin said. And like humans, chimps can fully extend their arms thanks to the reduced length of the bone just behind the elbow known as the olecranon process.

Mangabeys and other monkeys are built more like quadrupedal animals such as cats and dogs, with deep pear-shaped shoulder sockets and elbows with a protruding olecranon process that make the joint resemble the letter L. While these joints are more stable, they have a much more limited flexibility and range of movement.

The researchers' analysis showed that the angle of a chimp's shoulders was 14 degrees greater during descent than when climbing up. And their arm extended outward at the elbow 34 degrees more when coming down from a tree than going up. The angles at which mangabeys positioned their shoulders and elbows were only marginally different—4 degrees or less—when they were ascending a tree versus downclimbing.

'If cats could talk, they would tell you that climbing down is trickier than climbing up and many human rock climbers would agree. But the question is why is it so hard,' said study co-author Nathaniel Dominy, the Charles Hansen Professor of Anthropology and Fannin's adviser.

'The reason is that you're not only resisting the pull of gravity, but you also have to decelerate,' Dominy said. 'Our study is important for tackling a theoretical problem with formal measurements of how wild primates climb up and down. We found important differences between monkeys and chimpanzees that may explain why the shoulders and elbows of apes evolved greater flexibility.'

Co-author Mary Joy, who led the study with Fannin for her undergraduate thesis and graduated from Dartmouth in 2021, was reviewing videos of chimps that DeSilva had filmed when she noticed the difference in how the animals descended trees than how they went up them.

'It was very erratic, just crashing down, everything's flying. It's very much a controlled fall,' Joy said. 'In the end, we concluded that the way chimps descend a tree is likely related to weight. Greater momentum potentially expends less energy and they're much more likely to reach the ground safely than by making small, restricted movements.'

But as a trail runner, Joy knew the pained feeling of inching down an incline in short clips instead of just hurtling down the path with the pull of gravity, her legs extended forward to catch her at the end of each stride.

'When I'm moving downhill, the slower I'm going and restricting my movement, the more I'm fatiguing. It catches up to me very quickly. No one would think the speed and abandon with which chimps climb down from trees would be the preferred method for a heavier primate, but my experience tells me it's more energy efficient,' she said.

'Movement in humans is a masterpiece of evolutionary compromises,' Joy said. 'This increased range of motion that began in apes ended up being pretty good for us. What would the advantage of losing that be? If evolution selected for people with less range of motion, what advantages would that confer? I can't see any advantage to losing that.'

Journal information: Royal Society Open Science

Provided by Dartmouth College