Une étude suggère que les épaules et les coudes humains se sont d'abord développés en tant que freins pour les singes grimpeurs.

5 septembre 2023

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par Dartmouth College

Les épaules rotatives et les coudes extensibles qui permettent aux humains d'atteindre une étagère haute ou de lancer une balle avec des amis ont peut-être évolué en premier lieu comme un système de freinage naturel pour nos ancêtres primates qui devaient simplement descendre des arbres sans mourir.

Des chercheurs de Dartmouth rapportent que les singes et les premiers humains ont probablement évolué pour avoir des épaules mobiles et des coudes flexibles afin de ralentir leur descente des arbres sous l'effet de la gravité qui agissait sur leurs corps plus lourds. L'article intitulé "La descente et l'évolution des morphologies des membres antérieurs des singes" a été publié dans la revue Royal Society Open Science.

Les chercheurs affirment que lorsque les premiers humains ont quitté les forêts pour la savane herbeuse, leurs membres polyvalents étaient essentiels pour se nourrir et utiliser des outils pour la chasse et la défense.

Les chercheurs ont utilisé des logiciels d'analyse des sports et des statistiques pour comparer des vidéos et des images fixes qu'ils ont prises de chimpanzés et de petits singes appelés mangabeys grimper dans la nature.

Ils ont constaté que les chimpanzés et les mangabeys escaladaient les arbres de manière similaire, avec les épaules et les coudes pliés près du corps. Cependant, lorsqu'ils redescendaient, les chimpanzés étendaient leurs bras au-dessus de leur tête pour se tenir aux branches, tout comme une personne descend une échelle lorsque leur poids plus élevé les entraînait vers le bas, en commençant par les fesses.

Luke Fannin, premier auteur de l'étude et étudiant diplômé du programme Ecology, Evolution, Environment and Society de Dartmouth, a déclaré que les résultats font partie des premiers à identifier l'importance de la "descente" dans l'évolution des singes et des premiers humains, qui sont plus génétiquement apparentés entre eux qu'aux singes.

Des recherches antérieures ont observé des chimpanzés monter et naviguer dans les arbres - généralement dans le cadre d'expériences -, mais les nombreuses vidéos obtenues dans la nature par les chercheurs leur ont permis d'examiner comment le corps des animaux s'est adapté à la descente, a déclaré Fannin.

"Notre étude aborde l'idée que la descente est un facteur sous-estimé mais incroyablement important dans les divergences des différences anatomiques entre les singes et les singes anthropoïdes qui se manifesteront ensuite chez les humains", a déclaré Fannin. "La descente représentait un défi physique si important compte tenu de la taille des singes et des premiers humains que leur morphologie aurait répondu par la sélection naturelle en raison du risque de chutes."

"Notre domaine d'étude s'est intéressé depuis longtemps aux singes qui grimpent aux arbres, mais ce qui était essentiellement absent de la littérature, c'était toute focus sur leur sortie d'un arbre. Nous avons ignoré la seconde partie de ce comportement", a déclaré Jeremy DeSilva, co-auteur de l'étude, professeur et responsable de l'anthropologie à Dartmouth.

Les premiers singes sont apparus il y a 20 millions d'années dans le genre de forêts dispersées où ils grimpaient aux arbres pour se nourrir, puis descendaient pour passer au prochain arbre, a déclaré DeSilva.

"Sortir d'un arbre présente toutes sortes de nouveaux défis. Les grands singes ne peuvent pas se permettre de tomber car cela pourrait les tuer ou les blesser gravement. La sélection naturelle aurait favorisé les anatomies qui leur permettaient de descendre en toute sécurité", a-t-il ajouté.

Les épaules et les coudes flexibles transmis par les singes ancestraux auraient permis aux premiers humains, tels que l'Australopithèque, de grimper aux arbres la nuit pour assurer leur sécurité et de descendre en pleine lumière sans dommage, a déclaré DeSilva.

Une fois que Homo erectus a pu utiliser le feu pour se protéger des prédateurs nocturnes, la morphologie humaine s'est dotée d'épaules plus larges capables d'un angle de 90 degrés, ce qui, combiné à des épaules et des coudes mobiles, a permis à nos ancêtres d'être d'excellents tireurs avec une lance (les singes ne peuvent pas lancer avec précision).

"C'est la même anatomie des premiers singes avec quelques ajustements. Maintenant, vous avez quelque chose qui peut lancer une lance ou des pierres pour se protéger d'être mangé ou tuer des choses pour se nourrir. C'est ce que fait l'évolution, elle est un excellent bricoleur", a déclaré DeSilva.

"Descendre d'un arbre a préparé le terrain anatomique pour quelque chose qui a évolué des millions d'années plus tard", a-t-il déclaré. "Quand un quart-arrière de la NFL lance un ballon de football, ce mouvement est entièrement dû à nos ancêtres primates."

Malgré le manque de grâce des chimpanzés, a déclaré Fannin, leurs bras se sont adaptés pour assurer leur sécurité en atteignant le sol, et leurs membres sont étonnamment similaires à ceux des humains modernes.

'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