Uno studio suggerisce che le spalle e i gomiti umani si siano evoluti per la prima volta come freni per le scimmie arrampicatrici.

5 settembre 2023

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dell'Università di Dartmouth

Le spalle rotanti e i gomiti estensibili che consentono agli esseri umani di raggiungere uno scaffale alto o lanciare una palla con gli amici potrebbero essersi evoluti inizialmente come sistema di frenata naturale per i nostri antenati primati che avevano semplicemente bisogno di uscire dagli alberi senza morire.

I ricercatori di Dartmouth riferiscono che le scimmie e i primi esseri umani probabilmente hanno sviluppato spalle libere di movimento e gomiti flessibili per rallentare la loro discesa dagli alberi mentre la gravità attirava i loro corpi più pesanti. L'articolo, "Downclimbing e l'evoluzione delle morfologie degli arti anteriori delle scimmie", è pubblicato sulla Royal Society Open Science.

Quando i primi esseri umani lasciarono le foreste per la savana erbosa, dicono i ricercatori, le loro versatili appendici erano essenziali per raccogliere cibo e utilizzare strumenti per la caccia e la difesa.

I ricercatori hanno utilizzato analisi sportive e software statistici per confrontare video e fotogrammi di scimpanzé e piccole scimmie chiamate mangabey che si arrampicavano in natura.

Hanno scoperto che gli scimpanzé e i mangabe scalavano gli alberi in modo simile, con le spalle e i gomiti per lo più piegati vicino al corpo. Quando scendevano, tuttavia, gli scimpanzé allungavano le braccia sopra la testa per aggrapparsi ai rami come una persona che scende da una scala mentre il loro peso maggiore li trascinava verso il basso con la groppa.

Luke Fannin, primo autore dello studio e studente laureato del programma Ecologia, Evoluzione, Ambiente e Società di Dartmouth, ha affermato che i risultati sono tra i primi a identificare il significato della "discesa" nell'evoluzione delle scimmie e dei primi esseri umani, che sono più geneticamente imparentati tra loro piuttosto che alle scimmie.

Le ricerche esistenti hanno osservato gli scimpanzé salire e spostarsi tra gli alberi, di solito in allestimenti sperimentali, ma l'ampio video girato dai ricercatori in natura ha permesso loro di esaminare come i corpi degli animali si sono adattati alla discesa, ha detto Fannin.

"Il nostro studio affronta l'idea della discesa come un fattore sottovalutato, ma incredibilmente importante, nelle differenze anatomiche divergenti tra scimmie e primati che alla fine si manifesterebbero negli esseri umani", ha detto Fannin. "La discesa rappresentava una sfida fisica così significativa, date le dimensioni delle scimmie e dei primi esseri umani, che la loro morfologia avrebbe risposto attraverso la selezione naturale a causa del rischio di cadute."

"Nel nostro campo si è riflettuto a lungo sulle scimmie che si arrampicano sugli alberi: ciò che era essenzialmente assente nella letteratura era l'attenzione su come uscissero da un albero." Abbiamo ignorato la seconda metà di questo comportamento", ha detto il coautore dello studio Jeremy DeSilva, professore e presidente di antropologia a Dartmouth.

"Le prime scimmie si sono evolute 20 milioni di anni fa in un tipo di foreste sparse dove salivano su un albero per procurarsi il cibo, poi tornavano giù per passare all'albero successivo", ha detto DeSilva.

«Uscire da un albero presenta ogni tipo di nuova sfida. Le grandi scimmie non possono permettersi di cadere perché ciò potrebbe ucciderle o ferirle gravemente. La selezione naturale avrebbe favorito quelle anatomie che permettevano loro di scendere in sicurezza.'

Spalle e gomiti flessibili trasmessi dalle scimmie ancestrali avrebbero consentito ai primi esseri umani come l'Australopithecus di arrampicarsi sugli alberi di notte per sicurezza e di scendere indenni alla luce del giorno, ha detto DeSilva.

Una volta che l’Homo erectus poté usare il fuoco per proteggersi dai predatori notturni, la forma umana assunse spalle più larghe capaci di un angolo di 90 gradi che, combinate con spalle e gomiti liberi di muoversi, rendevano i nostri antenati eccellenti tiri con la lancia (le scimmie non possono lanciare con precisione).

«È la stessa anatomia delle prime scimmie, con un paio di modifiche. Ora hai qualcosa che può lanciare una lancia o delle rocce per proteggersi dall'essere mangiato o per uccidere cose da mangiare per se stesso. Questo è ciò che fa l'evoluzione: è un grande armeggiatore", ha detto DeSilva.

"Scendersi da un albero ha posto le basi anatomiche per qualcosa che si è evoluto milioni di anni dopo", ha detto. "Quando un quarterback della NFL lancia un pallone da football, quel movimento è tutto merito dei nostri antenati scimmie."

Nonostante la mancanza di grazia degli scimpanzé, ha detto Fannin, le loro braccia si sono adattate per garantire che gli animali raggiungano il suolo in sicurezza, e i loro arti sono notevolmente simili a quelli degli esseri umani moderni.

"È il modello da cui proveniamo: scendere è stata probabilmente una sfida molto più impegnativa anche per i nostri primi antenati", ha detto Fannin. "Anche una volta che gli esseri umani fossero diventati eretti, con la capacità di salire e poi scendere, un albero sarebbe stato incredibilmente utile per la sicurezza e il nutrimento, che è la parola d'ordine quando si tratta di sopravvivenza. Siamo stati modificati, ma i segni distintivi dei nostri antenati scimmieschi rimangono nei nostri scheletri moderni.'

I ricercatori hanno anche studiato la struttura anatomica delle braccia di scimpanzé e mangabey utilizzando collezioni di scheletri rispettivamente presso l'Università di Harvard e l'Università statale dell'Ohio. Come le persone, gli scimpanzé hanno una spalla sferica poco profonda che, anche se si disloca più facilmente, consente una maggiore libertà di movimento, ha detto Fannin. E come gli esseri umani, gli scimpanzé possono estendere completamente le braccia grazie alla lunghezza ridotta dell’osso appena dietro il gomito, noto come processo dell’olecrano.

I Mangabey e le altre scimmie sono costruiti più come animali quadrupedi come cani e gatti, con profonde cavità sulle spalle a forma di pera e gomiti con un processo olecranico sporgente che fa somigliare l'articolazione alla lettera L. Sebbene queste articolazioni siano più stabili, hanno una struttura molto più simile a quella degli animali quadrupedi come cani e gatti. flessibilità e range di movimento più limitati.

L'analisi dei ricercatori ha mostrato che l'angolo delle spalle di uno scimpanzé era di 14 gradi maggiore durante la discesa rispetto alla salita. E il loro braccio si estendeva verso l'esterno al gomito di 34 gradi in più quando scendevano da un albero che quando salivano. Gli angoli ai quali i mangabe posizionavano le spalle e i gomiti erano solo marginalmente diversi - 4 gradi o meno - quando salivano su un albero rispetto a quando scendevano.

"Se i gatti potessero parlare, ti direbbero che scendere è più complicato che salire e molti scalatori umani sarebbero d'accordo. Ma la domanda è: perché è così difficile", ha detto il coautore dello studio Nathaniel Dominy, professore di antropologia di Charles Hansen e consigliere di Fannin.

"Il motivo è che non solo resisti alla forza di gravità, ma devi anche decelerare", ha detto Dominy. "Il nostro studio è importante per affrontare un problema teorico con misurazioni formali di come i primati selvatici si arrampicano su e giù. Abbiamo trovato importanti differenze tra scimmie e scimpanzé che potrebbero spiegare perché le spalle e i gomiti delle scimmie hanno sviluppato una maggiore flessibilità.'

La coautrice Mary Joy, che ha condotto lo studio con Fannin per la sua tesi universitaria e si è laureata a Dartmouth nel 2021, stava rivedendo i video degli scimpanzé che DeSilva aveva filmato quando ha notato la differenza nel modo in cui gli animali scendevano dagli alberi rispetto a come vi salivano.

'È stato molto irregolare, si è schiantato, tutto volava. È una caduta controllata", ha detto Joy. "Alla fine, abbiamo concluso che il modo in cui gli scimpanzé scendono da un albero è probabilmente correlato al peso. Uno slancio maggiore consuma potenzialmente meno energia ed è molto più probabile che raggiungano il suolo in sicurezza piuttosto che effettuando movimenti piccoli e limitati.'

Ma come trail runner, Joy conosceva la dolorosa sensazione di scendere lentamente da una pendenza in brevi clip invece di sfrecciare lungo il sentiero sotto la spinta della gravità, con le gambe estese in avanti per catturarla alla fine di ogni passo.

"Quando mi muovo in discesa, più vado lentamente e limito i miei movimenti, più mi affatico. Mi raggiunge molto velocemente. Nessuno penserebbe che la velocità e l'abbandono con cui gli scimpanzé scendono dagli alberi sarebbero il metodo preferito per un primate più pesante, ma la mia esperienza mi dice che è più efficiente dal punto di vista energetico,' ha detto.

"Il movimento negli esseri umani è un capolavoro di compromessi evolutivi", ha detto Joy. "Questa maggiore libertà di movimento, iniziata nelle scimmie, si è rivelata piuttosto positiva per noi." Quale sarebbe il vantaggio di perderlo? Se l’evoluzione selezionasse le persone con minore libertà di movimento, quali vantaggi comporterebbe? Non vedo alcun vantaggio nel perderlo."

Informazioni sulla rivista: Royal Society Open Science

Fornito dal Dartmouth College