La reconstruction musculaire en 3D révèle que "Lucy" de 3,2 millions d'années pouvait se tenir debout aussi droit que les humains modernes.

Une approche de modélisation musculaire polygonale, guidée par la cicatrisation musculaire et les données IRM, révèle que l'Australopithecus afarensis avait des muscles puissants des jambes et des hanches, adaptés à la vie dans les arbres, mais des muscles des genoux lui permettant de marcher complètement droit. Crédit : Dr. Ashleigh Wiseman

La modélisation numérique des tissus mous d'un fossile légendaire suggère que l'Australopithecus afarensis avait des muscles puissants des jambes et des hanches adaptés à une vie dans les arbres, mais des muscles des genoux qui lui permettaient de marcher complètement droit.

Un chercheur de l'université de Cambridge a reconstruit numériquement les tissus mous manquants d'un ancêtre humain précoce - ou hominin - pour la première fois, révélant une capacité à se tenir totalement droit comme nous le faisons aujourd'hui.

"Les muscles de Lucy suggèrent qu'elle était aussi compétente que nous pour la bipédie." - Dr. Ashleigh Wiseman

Le Dr. Ashleigh Wiseman a créé des modèles musculaires en 3D des jambes et des hanches de l'hominin Australopithecus afarensis à partir de scans de Lucy : le célèbre spécimen fossile découvert en Éthiopie au milieu des années 1970.

Si(typeof ez_ad_units!="undefined"){ez_ad_units.push([[300,600],'scitechdaily_com-medrectangle-3','ezslot_1',606,'0','0'])};__ez_fad_position('div-gpt-ad-scitechdaily_com-medrectangle-3-0');L'Australopithecus afarensis était une ancienne espèce humaine qui vivait en Afrique de l'Est il y a plus de trois millions d'années. Plus courte que nous, avec un visage simiesque et un cerveau plus petit, mais capable de marcher sur deux jambes, elle s'est adaptée à la vie dans les arbres et dans la savane, aidant ainsi l'espèce à survivre pendant près d'un million d'années.

Nommée d'après le classique des Beatles "Lucy in the Sky with Diamonds", Lucy est l'un des exemples les plus complets de tous les types d'Australopithèque - avec 40% de son squelette retrouvé.

Une numérisation des zones d'attache musculaire utilisées pour construire le modèle des muscles de Lucy, à côté du modèle musculaire en 3D achevé. Crédit : Dr. Ashleigh Wiseman

Wiseman a utilisé des données récemment publiées en open source sur le fossile Lucy pour créer un modèle numérique de la structure musculaire du corps inférieur de cet hominin vieux de 3,2 millions d'années. L'étude est publiée dans le journal Royal Society Open Science.

La recherche a recréé 36 muscles dans chaque jambe, dont la plupart étaient beaucoup plus gros chez Lucy et occupaient plus d'espace dans les jambes par rapport aux humains modernes.

Par exemple, les muscles majeurs des mollets et des cuisses de Lucy étaient plus de deux fois plus gros que ceux des humains modernes, car nous avons un rapport de graisse à muscle beaucoup plus élevé. Les muscles représentaient 74 % de la masse totale dans la cuisse de Lucy, contre seulement 50 % chez les humains. Si(typeof ez_ad_units!="undefined"){ez_ad_units.push([[300,250],'scitechdaily_com-box-4','ezslot_3',608,'0','0'])};__ez_fad_position('div-gpt-ad-scitechdaily_com-box-4-0');Si(typeof ez_ad_units!="undefined"){ez_ad_units.push([[300,250],'scitechdaily_com-box-4','ezslot_4',608,'0','1'])};__ez_fad_position('div-gpt-ad-scitechdaily_com-box-4-0_1');.box-4-multi-608{border:none!important;display:block!important;float:none!important;line-height:0;margin-bottom:7px!important;margin-left:auto!important;margin-right:auto!important;margin-top:7px!important;max-width:100%!important;min-height:250px;padding:0;text-align:center!important}

Un modèle polygonal 3D, guidé par les données d'imagerie et les cicatrices musculaires, reconstituant les muscles des membres inférieurs du fossile Australopithecus afarensis AL 288-1, connu sous le nom de 'Lucy'. Dans ce modèle, les muscles ont été codés par couleur. Crédit : Dr. Ashleigh Wiseman

Les paléoanthropologues sont d'accord pour dire que Lucy se déplaçait sur deux jambes, mais ils ne sont pas d'accord sur la façon dont elle marchait. Certains ont soutenu qu'elle se déplaçait en se dandinant, similairement aux chimpanzés - notre ancêtre commun - lorsqu'ils marchent sur leurs deux jambes. D'autres croient que son mouvement était plus proche de notre propre bipédie verticale.

Les recherches des 20 dernières années ont vu émerger un consensus pour une marche complètement droite, et le travail de Wiseman ajoute encore au poids de cette thèse. Les muscles extenseurs des genoux de Lucy, et le levier qu'ils lui permettent, confirment la capacité à tendre les articulations du genou autant qu'une personne en bonne santé peut le faire aujourd'hui.

"La capacité de Lucy à marcher debout ne peut être connue qu'en reconstruisant le chemin et l'espace qu'un muscle occupe à l'intérieur du corps", a déclaré Wiseman, de l'Institut McDonald de recherche archéologique de l'université de Cambridge.

"Nous sommes maintenant le seul animal capable de se tenir debout avec les genoux totalement tendus. Les muscles de Lucy suggèrent qu'elle était aussi compétente que nous pour la bipédie, tout en étant peut-être également à l'aise dans les arbres. Lucy a probablement marché et s'est déplacée d'une manière que nous ne voyons chez aucune espèce vivante aujourd'hui", a déclaré 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