Studie legt nahe, dass menschliche Schultern und Ellbogen ursprünglich als Bremsen für kletternde Affen entwickelt wurden

Die rotierenden Schultern und ausgestreckten Ellbogen, die es dem Menschen ermöglichen, nach einem hohen Regal zu greifen oder mit Freunden einen Ball zu werfen, haben sich möglicherweise zunächst als natürliches Bremssystem für unsere Primatenvorfahren entwickelt, die einfach aus Bäumen herauskommen mussten, ohne zu sterben.

Dartmouth-Forscher berichten, dass Affen und frühe Menschen wahrscheinlich frei bewegliche Schultern und flexible Ellbogen entwickelten, um den Abstieg von Bäumen zu verlangsamen, da die Schwerkraft an ihren schwereren Körpern zog. Der Artikel „Downclimbing and the evolution of ape forelimb morphologies“ ist veröffentlicht in Offene Wissenschaft der Royal Society.

Als die frühen Menschen die Wälder verließen, um in die grasbewachsene Savanne zu ziehen, waren ihre vielseitigen Gliedmaßen laut den Forschern für die Nahrungsbeschaffung und den Einsatz von Werkzeugen für die Jagd und Verteidigung unerlässlich.

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

Sie fanden heraus, dass Schimpansen und Mangabeys auf ähnliche Weise Bäume erklommen, wobei Schultern und Ellbogen meist nahe am Körper angewinkelt waren. Beim Abstieg streckten Schimpansen jedoch ihre Arme über ihren Kopf aus, um sich an Ästen festzuhalten, ähnlich wie jemand, der eine Leiter hinuntersteigt, da sein größeres Gewicht ihn mit dem Hintern voran nach unten zog.

Luke Fannin, Erstautor der Studie und Doktorand im Programm „Ökologie, Evolution, Umwelt und Gesellschaft“ von Dartmouth, sagte, die Ergebnisse seien eine der ersten, die die Bedeutung des „Abstiegs“ für die Evolution von Affen und frühen Menschen, die mehr sind, erkennen ließen genetisch miteinander verwandt sind als mit Affen.

Bestehende Forschungsarbeiten haben Schimpansen dabei beobachtet, wie sie auf Bäume klettern und sich dort zurechtfinden – normalerweise in Versuchsanordnungen –, aber anhand der umfangreichen Videos aus der Wildnis konnten die Forscher untersuchen, wie sich die Körper der Tiere an das Herunterklettern angepasst haben, sagte Fannin.

„Unsere Studie thematisiert die Idee, dass das Absteigen ein unterbewerteter, aber unglaublich wichtiger Faktor für die unterschiedlichen anatomischen Unterschiede zwischen Affen und Menschenaffen ist, die sich schließlich beim Menschen manifestieren würden“, sagte Fannin. „Angesichts der Größe von Affen und frühen Menschen stellte das Absteigen eine so große körperliche Herausforderung dar, dass ihre Morphologie aufgrund des Sturzrisikos durch natürliche Selektion reagiert hätte.“

„Unser Fachgebiet beschäftigt sich schon lange mit Affen, die auf Bäume klettern. Was in der Literatur im Wesentlichen fehlt, ist die Frage, wie Affen aus einem Baum herauskommen. Wir haben die zweite Hälfte dieses Verhaltens ignoriert“, sagte Studienkoordinator. Autor Jeremy DeSilva, Professor und Lehrstuhl für Anthropologie in Dartmouth.

„Die ersten Affen entwickelten sich vor 20 Millionen Jahren in verstreuten Wäldern, in denen sie auf einen Baum stiegen, um sich Nahrung zu holen, und dann wieder herunterkamen, um zum nächsten Baum zu gelangen“, sagte DeSilva.

„Aus einem Baum herauszukommen stellt alle möglichen neuen Herausforderungen dar. Große Menschenaffen können es sich nicht leisten zu stürzen, weil sie dadurch getötet oder schwer verletzt werden könnten. Die natürliche Auslese hätte diejenigen Anatomien begünstigt, die ihnen einen sicheren Abstieg ermöglichten.“

Flexible Schultern und Ellbogen, die von Vorfahren der Affen geerbt wurden, hätten es frühen Menschen wie dem Australopithecus ermöglicht, nachts aus Sicherheitsgründen auf Bäume zu klettern und bei Tageslicht unversehrt herunterzukommen, sagte DeSilva.

Als der Homo erectus Feuer nutzen konnte, um sich vor nachtaktiven Raubtieren zu schützen, nahm die menschliche Gestalt breitere Schultern an, die einen 90-Grad-Winkel ermöglichten, was unseren Vorfahren – kombiniert mit frei beweglichen Schultern und Ellbogen – hervorragende Speerschüsse ermöglichte (Affen können nicht werfen). genau).

„Es ist die gleiche frühe Anatomie des Affen mit ein paar Änderungen. Jetzt haben Sie etwas, das einen Speer oder Steine ​​werfen kann, um sich vor dem Fressen zu schützen oder Dinge zu töten, um es für sich selbst zu fressen. Das ist es, was die Evolution tut – sie ist ein großartiger Tüftler, “ sagte DeSilva.

„Das Herunterklettern von einem Baum schuf die anatomische Grundlage für etwas, das sich Millionen von Jahren später entwickelte“, sagte er. „Wenn ein NFL-Quarterback einen Football wirft, ist diese Bewegung unseren Affenvorfahren zu verdanken.“

Trotz des Mangels an Anmut bei Schimpansen, sagte Fannin, hätten sich ihre Arme angepasst, um sicherzustellen, dass die Tiere sicher den Boden erreichen – und ihre Gliedmaßen seien denen moderner Menschen bemerkenswert ähnlich.

„Es ist die Vorlage, von der wir abstammen – der Abstieg war wahrscheinlich auch für unsere frühen Vorfahren eine weitaus größere Herausforderung“, sagte Fannin. „Selbst wenn die Menschen erst einmal aufrecht wären, wäre die Fähigkeit, aufzusteigen und dann abzusteigen, ein Baum unglaublich nützlich für Sicherheit und Nahrung gewesen, was das A und O ist, wenn es ums Überleben geht. Wir sind verändert, aber die Markenzeichen von Unsere Affen-Abstammung bleibt in unseren modernen Skeletten erhalten.

Die Forscher untersuchten auch die anatomische Struktur von Schimpansen- und Mangabey-Armen anhand von Skelettsammlungen an der Harvard University bzw. der Ohio State University. Schimpansen haben wie Menschen eine flache Kugelschulter, die zwar leichter ausgerenkt werden kann, aber eine größere Bewegungsfreiheit ermöglicht, sagte Fannin. Und wie Menschen können Schimpansen ihre Arme dank der verkürzten Länge des Knochens direkt hinter dem Ellenbogen, dem sogenannten Olecranon-Prozess, vollständig ausstrecken.

Mangabeys und andere Affen ähneln eher vierbeinigen Tieren wie Katzen und Hunden, mit tiefen birnenförmigen Schultergelenken und Ellbogen mit einem hervorstehenden Olekranonfortsatz, der das Gelenk dem Buchstaben L ähneln lässt. Diese Gelenke sind zwar stabiler, haben aber viel eingeschränktere Flexibilität und Bewegungsfreiheit.

Die Analyse der Forscher zeigte, dass der Winkel der Schultern eines Schimpansen beim Abstieg um 14 Grad größer war als beim Aufstieg. Und ihr Arm streckte sich am Ellbogen um 34 Grad weiter nach außen, wenn sie von einem Baum herunterkamen als wenn sie hinaufgingen. Die Winkel, in denen Mangabeys ihre Schultern und Ellbogen positionierten, unterschied sich nur unwesentlich – 4 Grad oder weniger –, wenn sie einen Baum hinaufstiegen oder hinunterkletterten.

„Wenn Katzen sprechen könnten, würden sie Ihnen sagen, dass der Abstieg schwieriger ist als der Aufstieg, und viele menschliche Kletterer würden dem zustimmen. Aber die Frage ist, warum es so schwer ist“, sagte der Co-Autor der Studie, Nathaniel Dominy, Charles-Hansen-Professor für Anthropologie und Fannins Berater.

„Der Grund dafür ist, dass man nicht nur der Anziehungskraft der Schwerkraft widerstehen muss, sondern auch abbremsen muss“, sagte Dominy. „Unsere Studie ist wichtig für die Lösung eines theoretischen Problems mit formalen Messungen darüber, wie wilde Primaten auf und ab klettern. Wir haben wichtige Unterschiede zwischen Affen und Schimpansen gefunden, die möglicherweise erklären, warum die Schultern und Ellbogen von Affen eine größere Flexibilität entwickelt haben.“

Co-Autorin Mary Joy, die die Studie zusammen mit Fannin für ihre Bachelorarbeit leitete und 2021 in Dartmouth ihren Abschluss machte, überprüfte Videos von Schimpansen, die DeSilva gefilmt hatte, als ihr der Unterschied in der Art und Weise auffiel, wie die Tiere Bäume herabstiegen und nicht wie sie hinaufstiegen.

„Es war sehr unberechenbar, es stürzte einfach ab, alles flog. Es ist ein sehr kontrollierter Sturz“, sagte Joy. „Letztendlich kamen wir zu dem Schluss, dass die Art und Weise, wie Schimpansen einen Baum hinuntersteigen, wahrscheinlich mit dem Gewicht zusammenhängt. Ein größerer Schwung verbraucht möglicherweise weniger Energie und es ist viel wahrscheinlicher, dass sie den Boden sicher erreichen, als wenn sie kleine, eingeschränkte Bewegungen ausführen.“

Aber als Trailrunnerin kannte Joy das schmerzhafte Gefühl, in kurzen Schritten eine Steigung hinunterzusausen, anstatt einfach nur mit der Anziehungskraft der Schwerkraft den Weg hinunterzusausen und ihre Beine nach vorne zu strecken, um sie am Ende jedes Schrittes aufzufangen.

„Wenn ich mich bergab bewege, ermüde ich umso mehr, je langsamer ich fahre und meine Bewegung einschränkt. Das holt mich sehr schnell ein. Niemand hätte gedacht, dass die Geschwindigkeit und Hingabe, mit der Schimpansen von Bäumen herunterklettern, das tun würde.“ „Das ist die bevorzugte Methode für einen schwereren Primaten, aber meiner Erfahrung nach ist es energieeffizienter“, sagte sie.

„Bewegung beim Menschen ist ein Meisterwerk evolutionärer Kompromisse“, sagte Joy. „Dieser erhöhte Bewegungsumfang, der bei Affen begann, war letztendlich ziemlich gut für uns. Welchen Vorteil hätte es, wenn wir ihn verloren hätten? Wenn die Evolution sich auf Menschen mit geringerem Bewegungsumfang konzentrieren würde, welche Vorteile würde das mit sich bringen? Ich kann keine erkennen.“ Vorteil, das zu verlieren.