Un chercheur de l’Université de Cambridge a reconstruit numériquement les tissus mous manquants d’un ancêtre humain précoce – ou hominidé – pour la première fois, révélant une capacité à se tenir aussi droit que nous le faisons aujourd’hui.
Le Dr Ashleigh Wiseman a modélisé en 3D les muscles des jambes et du bassin de l’hominidé Australopithecus afarensis à l’aide de scans de ‘Lucy’ : le célèbre spécimen fossile découvert en Éthiopie au milieu des années 1970.
Australopithecus afarensis était une des premières espèces humaines qui vivait en Afrique de l’Est il y a plus de trois millions d’années. Plus petit que nous, avec un visage de singe et un cerveau plus petit, mais capable de marcher sur deux jambes, il s’est adapté à la fois aux arbres et aux savanes, aidant 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 à avoir été découverts de tout type d’australopithèque, avec 40 % de son squelette récupéré.
Wiseman a pu utiliser des données open source récemment publiées sur le fossile de Lucy pour créer un modèle numérique de la structure musculaire du bas du corps de l’hominin vieux de 3,2 millions d’années. L’étude est publiée dans la revue Science ouverte de la Société royale.
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 que les humains modernes.
Un modèle polygonal 3D, guidé par des données d’imagerie et des cicatrices musculaires, reconstruit les muscles des membres inférieurs du fossile d’Australopithecus afarensis AL 288-1, connu sous le nom de « Lucy ». Crédit : Dr Ashleigh Wiseman
Par exemple, les principaux muscles des mollets et des cuisses de Lucy étaient plus de deux fois plus gros que ceux des humains modernes, car nous avons un rapport graisse/muscle beaucoup plus élevé. Les muscles représentaient 74 % de la masse totale de la cuisse de Lucy, contre seulement 50 % chez les humains.
Les paléoanthropologues conviennent que Lucy était bipède, mais ne sont pas d’accord sur la façon dont elle marchait. Certains ont avancé qu’elle se déplaçait en se dandinant accroupie, comme les chimpanzés – notre ancêtre commun – lorsqu’ils marchent sur deux pattes. D’autres pensent que son mouvement était plus proche de notre propre bipédie debout.
La recherche au cours des 20 dernières années a vu un consensus commencer à émerger pour la marche en érection complète, et le travail de Wiseman ajoute encore plus de poids à cela. Les muscles extenseurs du genou de Lucy, et l’effet de levier qu’ils permettraient, confirment une capacité à redresser les articulations du genou autant qu’une personne en bonne santé le peut 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 dans le corps », a déclaré Wiseman, du McDonald Institute for Archaeological Research de l’Université de Cambridge.
Un modèle polygonal 3D, guidé par des données d’imagerie et des cicatrices musculaires, reconstruit les muscles des membres inférieurs du fossile d’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
« Nous sommes maintenant le seul animal qui peut se tenir debout avec les genoux droits. Les muscles de Lucy suggèrent qu’elle était aussi compétente en bipédie que nous, tout en étant peut-être aussi à l’aise dans les arbres. Lucy a probablement marché et bougé d’une manière que nous faisons ne voit dans aucune espèce vivante aujourd’hui », a déclaré Wiseman.
« Australopithecus afarensis aurait parcouru des zones de prairies boisées ouvertes ainsi que des forêts plus denses en Afrique de l’Est il y a environ 3 à 4 millions d’années. Ces reconstructions des muscles de Lucy suggèrent qu’elle aurait pu exploiter efficacement les deux habitats. »
Lucy était une jeune adulte, qui mesurait un peu plus d’un mètre et pesait probablement environ 28 kg. Le cerveau de Lucy aurait fait à peu près le tiers de la taille du nôtre.
Pour recréer les muscles de cet hominidé, Wiseman a commencé avec des humains vivants. À l’aide d’IRM et de tomodensitogrammes des structures musculaires et osseuses d’une femme et d’un homme modernes, elle a pu cartographier les « chemins musculaires » et construire un modèle musculo-squelettique numérique.
Wiseman a ensuite utilisé des modèles virtuels existants du squelette de Lucy pour « réarticuler » les articulations, c’est-à-dire reconstituer le squelette. Ce travail a défini l’axe à partir duquel chaque articulation pouvait se déplacer et tourner, reproduisant la façon dont elles se déplaçaient au cours de la vie.
Enfin, les muscles étaient superposés sur le dessus, sur la base des voies des cartes musculaires humaines modernes, ainsi que du peu de « cicatrices musculaires » discernables (les traces de connexion musculaire détectables sur les os fossilisés). « Sans la science en libre accès, cette recherche n’aurait pas été possible », a déclaré Wiseman.
Ces reconstructions peuvent maintenant aider les scientifiques à comprendre comment cet ancêtre humain marchait. « Les reconstructions musculaires ont déjà été utilisées pour évaluer les vitesses de course d’un T-Rex, par exemple », a déclaré Wiseman. « En appliquant des techniques similaires aux humains ancestraux, nous voulons révéler le spectre des mouvements physiques qui ont propulsé notre évolution, y compris les capacités que nous avons perdues. »
Plus d’information:
Ashleigh Wiseman et al, reconstruction musculaire volumétrique 3D du bassin et des membres de l’Australopithecus afarensis, avec des estimations de l’effet de levier des membres, Science ouverte de la Société royale (2023). DOI : 10.1098/rsos.230356. royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.230356